El presente proyecto de investigación presenta una alternativa económica, de fabricación nacional, versátil y de bajo impacto ambiental para la fabricación de un equipo de alta tecnología usado en la medicina específicamente en pacientes con lesiones en la muñeca. Se trata de un equipo que utiliza tres actuadores eléctricos que al actuar conjuntamente permiten simular los movimientos de la muñeca que son pronación, supinación, flexión cubital, flexión radial, extensión y flexión. Se seleccionó la solución óptima entre 3 modelos considerando criterios económicos y técnicos. Esta solución incluye la utilización de dos actuadores eléctricos lineales modelo CAHB-10 serie 2 de la marca SKF. Estos actuadores tienen una longitud de carrera de 100 mm y una fuerza de empuje y tracción de 240 N. Su velocidad es de 24 a 30 mm/s. El tercer actuador es un motor eléctrico de pasos marca SureStep modelo STP-MTR-17048. Su torque de eje detenido es 0.59 N-m y fuerza máxima radial iguala 1.82 kg. Interactuando conjuntamente estos equipos, van a permitir realizar los movimientos complejos en simultáneo en pacientes con lesiones en la muñeca que necesitan una rehabilitación total. La solución óptima se realizó en SolidWork, un software en 3D para poder hacer simulaciones de movimiento y analizar las posiciones de máximos esfuerzos. El análisis de la posición de máximos esfuerzos permitió recaudar la información necesaria para analizar la resistencia de los componentes más críticos. La simulación en el software permitió además verificar que el equipo alcanza todos los máximos ángulos en todos los movimientos que se requiere en la rehabilitación. Finalmente se elaboró los planos de detalles, ensambles y se evaluó los costos de su fabricación. El costo del equipo es aproximadamente US$ 3,000. Se concluye que es posible realizar máquinas especializadas para personas que tienen una lesión a la muñeca y necesita de rehabilitación en el Perú. / Tesis

El análisis de movimiento es una herramienta muy usada en diversas áreas, como en la medicina de rehabilitación, donde el médico usa esta herramienta para la evaluación y diagnóstico de pacientes con alguna discapacidad motora como lo son las diferentes discapacidades que se pueden presentar en el miembro inferior. Actualmente, se utilizan equipos de captura de movimiento tridimensional para el análisis de la marcha utilizando, por mencionar algunos, arreglos de cámaras infrarrojas, marcadores retroreflactantes, escáner, entre otros. Sin embargo, estos equipos elevan el costo de la evaluación y diagnóstico, haciéndolo inaccesible el alcance de esto para personas de bajos recursos, por lo que es necesario desarrollar métodos de menor costo para lograr esto. Partiendo de lo anterior, este estudio tiene por objetivo obtener datos cualitativos y cuantitativos que permitan determinar la precisión y exactitud de un equipo Kinect para el análisis de la cinemática de la marcha humana, esto mediante una comparación entre el Kinect y un sistema de captura de movimiento Vicon, ya que este último es un sistema validado y usado para el análisis de marcha. Como resultado se obtuvo curvas de movimiento de la rodilla en una marcha humana con ambos sistemas. En el caso del Kinect, se midió la curva de movimiento de tres voluntarios, haciendo uso de dos librerías ya existentes en el caso del Kinect: Openni, en conjunto con Nite, y Kinect for Windows SDK, para conocer la variación del ángulo de la rodilla al caminar. En cuanto al Sistema Vicon, se usó un patrón de marcha de la rodilla obtenido de 40 voluntarios cuya marcha no presentaba ninguna patología. Las pruebas de este trabajo de tesis se realizaron con tres voluntarios para la toma de datos de la marcha humana con el equipo Kinect, realizando 5 pruebas a cada uno, analizando los 3 mejores resultados de cada pierna, esto es, los 3 mejores datos del ángulo de la rodilla durante una marcha humana. De esto se concluyó que hubo mayor precisión y exactitud con el Kinect cuando se usó la librería SDK. Además, con el uso de la librería SDK se obtuvo una forma de la curva del ángulo de la rodilla más similar al patrón obtenido mediante el sistema Vicon a comparación de las curvas de movimiento obtenidas con el uso de la librería OpenNI. En todos los casos se obtuvo la forma de una curva del ángulo de la rodilla durante la marcha lo suficientemente cercana al patrón de marcha obtenido mediante el sistema Vicon, con coeficientes de correlación superiores a 0.8, y se demuestra así que el Kinect puede ser usado para la evaluación de una marcha humana. De esta manera, se espera que este estudio sirva de línea base para futuros estudios y proyectos con el Kinect para el análisis de marcha. / Tesis

En el presente estudio se realizó la modelación y simulación dinámica de un novedoso sistema actuado para tobillo para la asistencia del movimiento de flexión plantar durante la caminata. Es así que, en la primera parte, se describe la anatomía funcional y biomecánica del sistema pierna-pie, y además se detalla el comportamiento de los principales elementos del sistema músculo esquelético. Posteriormente, se realiza el estado del arte sobre tecnologías portátiles asistenciales de tobillo, y se presentan los principales métodos de modelación y simulación computacional para la evaluación del desempeño de dichos dispositivos. En base al marco teórico presentado, se desarrollan los requerimientos y la conceptualización del diseño preliminar de un sistema actuado cuasi pasivo que contiene un accionamiento controlable capaz de almacenar y liberar energía elástica y así asistir a la marcha. Luego se realiza la modelación del cuerpo humano empleando el modelamiento “linksegmento”, ampliamente usado para análisis biomecánico del movimiento, y se implementa virtualmente el dispositivo propuesto a fin de analizar el comportamiento de su interacción durante la caminata a través de simulaciones dinámicas. El cálculo de la simulación se realiza de manera computacional empleando el software MATLAB a través de la técnica de dinámica inversa. Finalmente, estos resultados permiten entender el comportamiento dinámico del sistema actuado propuesto, así como los parámetros del accionamiento controlable para un desempeño óptimo en la asistencia de la marcha. Este conocimiento aporta al entendimiento de la interacción biomecánica de dispositivos asistenciales y además sienta las bases para el futuro diseño e implementación del dispositivo. / Tesis

Siendo nuestras manos la mejor forma que se tiene para interactuar con el mundo que nos rodea, la pérdida de una de ellas o incluso ambas, puede resultar bastante limitante para una persona en sus actividades del día a día. Actualmente existen varios modelos de prótesis de mano comerciales con una gran cantidad de funciones, pero acompañadas de un fuerte precio, algo que algunos usuarios no estarán en condiciones de pagar. Por otro lado, existe un nuevo campo en la robótica conocido como soft robotics, el cual abarca todo lo referente al uso de materiales suaves y deformables en conjunto con componentes electrónicos para lograr morfologías no convencionales y ha ido ganando importancia en los últimos años. Aplicando estos elementos, se propone diseñar un sistema para prótesis de muñeca de 3 grados de libertad y de menor costo que el de las prótesis comerciales actuales. Habiendo previamente identificado los movimientos de una muñeca a emular y mediante una búsqueda del estado del arte referente a prótesis de antebrazo, se recopilaron algunos mecanismos que podrían permitir el giro buscado en la muñeca, así como formas de controlar los movimientos de la prótesis, principalmente con señales mioeléctricas. Teniendo en cuenta esta información, se desarrollaron tres conceptos de solución integrando elementos de soft robotics para generar movimientos en la muñeca y controlados mediante señales generadas por el cuerpo (mioeléctricas y electroencefalográficas). Producto de esta investigación se obtuvo el modelo óptimo de solución para el objetivo planteado y se determinó la importancia de la fuente de energía neumática para el desempeño final del sistema.

El temblor corporal es uno de los síntomas más comunes en enfermedades neurológicas, siendo el temblor de manos y brazos los que más se presentan en la mayoría de casos. Este tipo de síntomas generalmente no producen dolor al paciente, sin embargo, debido a que por naturaleza los miembros más usados por una persona son las manos, pueden impedir al paciente de realizar sus actividades cotidianas con normalidad. Las enfermedades más comunes que causan los temblores de mano son el temblor esencial y el Parkinson. Así mismo, el tipo de movimiento más común en ser afectado es la flexión y extensión de la mano. Por otro lado, diversas investigaciones se han desarrollado a lo largo de los años con el objetivo de mitigar este tipo de síntomas, tales como el tratamiento mediante fármacos, cirugías cerebrales o el uso de órtesis mecánicas. Sin embargo, estos no han resultado ser muy amigables debido a los efectos secundarios presentados o a las incomodidades generadas al paciente. Así, la presente tesis desarrolla el diseño de un dispositivo no invasivo para la supresión de temblores en flexión y extensión de la mano, el cual sea portable, ligero y de bajo costo. Así mismo, con el fin de evitar alguna incomodidad al usuario, el dispositivo se desarrolló con elementos flexibles. En el presente documento, se presenta el diseño mecánico del dispositivo amortiguador encargado de mitigar los temblores. Además, se diseña el sistema de control, el cual contiene todos los componentes necesarios para el control automático del amortiguador flexible. Así mismo, con el objetivo de demostrar su efectividad, se realiza el modelamiento de los temblores de mano y el amortiguador, llegando a amortiguamientos de más del 70% de la amplitud inicial. Finalmente, el costo de fabricación resulta ser menor a S/. 1,500 soles, lo cual brinda expectativas de que el producto pueda ser mejorado y llevado a la comercialización.

En la actualidad, las diversas técnicas y dispositivos de reconstrucción tridimensional [1][2] permiten obtener una representación fiel a la realidad del objeto de estudio. Si bien existen equipos que extraen de manera completa toda una escena, en muchas ocasiones el equipo tiene un rango de visión limitado y será necesario tomar varias muestras de distintos ángulos para luego alinearse en una imagen más grande. Esta etapa conocida como registro es el primer paso para poder llevar a cabo la reconstrucción tridimensional por lo que es una parte crítica de todo el proceso. Si se tienen muestras alineadas correctamente se podrá reconstruir, fiel a la realidad el objeto, caso contrario se podrían tener dimensiones o relieves erróneos. En el campo de la arqueología, diversos dispositivos y técnicas se han venido aplicando dependiendo si se trabajará en un objeto como una cerámica o una estructura [2]. Debido a que el trabajo se desarrolla usualmente in situ, existe el problema de portabilidad y el requerimiento de personal capacitado para el manejo de los equipos [23], así como el elevado precio que los equipos usados mayormente poseen. La presente investigación desarrolla un conjunto de herramientas computacionales para realizar el registro de nubes de puntos empleando un Kinect (Microsoft, Washington EE.UU.) como sensor, una alternativa contemporánea para medir profundidad. A partir de la toma de muestras consecutivas a lo largo de un muro arqueológico se realizará el registro y afinamiento de las muestras. Utilizando técnicas de triangulación (Delaunay [29]) y reconstrucción de Poisson [30] se comparará la reconstrucción obtenida a base de muestras del Kinect con técnicas comerciales empleadas en el ámbito arqueológico. En este sentido, se caracterizó el Kinect con un error de precisión de 2.2 milímetros y 6.3 milímetros de exactitud en profundidad. Se elaboró una metodología para la adquisición y registro de muestras en base al Kinect. Finalmente, se comparan el modelo tridimensional reconstruido con modelos de la misma escena de estudio empleando técnicas comerciales en arqueología. Resultados preliminares indican un error de 4.74 centímetros frente a la reconstrucción por fotogrametría y 1.49 centímetros frente a la de un escáner láser (NextEngine Laser Scanner HD). / Tesis

El movimiento humano es un elemento importante en el estudio de la biología humana debido a ser una propiedad básica de la vida. Este resulta aún más importante en aspectos colectivos como el deporte, la salud, la educación física, la danza, la rehabilitación, entre otros. Especial atención requiere la rehabilitación donde, a través del análisis de marcha, el fisiatra observa y estudia el desempeño de los pacientes a lo largo de diversas sesiones que realizan, con el fin de ver la evolución de los mismos. Sin embargo, capturar y realizar seguimiento al movimiento humano de manera computacional es una tarea compleja con alternativas costosas. Asimismo, los centros de rehabilitación de Lima no cuentan con la tecnología apropiada y existe, por parte de las personas, una negación al cambio que complica la inclusión de la misma. Debido a esto, el presente proyecto presenta una herramienta de bajo costo que permite registrar y representar el movimiento humano en 3D para apoyar a las terapias de rehabilitación de la marcha. El registro puede ser almacenado de forma permanente con el fin de mantener un histórico y realizar nuevos análisis en el tiempo. El dispositivo usado (Kinect) se mostró adecuado para la captura de la información útil con un margen de error aceptable que, dependiendo del entorno de captura, éste puede ser controlado. En el trabajo se consiguió detectar el patrón de marcha de los ángulos de flexión de la rodilla, lo cual permitió comparar diferentes situaciones de caminata y calcular medidas como distancia de paso, velocidad del movimiento de la persona, porcentaje de datos dentro del rango de referencia de una caminata normal (medidas de los ángulos de flexión), de esta manera se consigue determinar el nivel de normalidad de un ciclo de paso. Finalmente se desarrolló un prototipo de visualización 3D que permite manipular el entorno y tener diferentes vistas del movimiento del paciente. Este puede ser reutilizado para crear un ambiente más completo de análisis que comprenda otros tipos de movimientos (además de la rodilla), soportar un mayor número de fuentes de diferentes ángulos (múltiples Kinect), Kinect en movimiento que permita realizar un seguimiento de la marcha en un mayor espacio, entre otros. Todo lo anterior mencionado serviría de base para la constitución de un laboratorio de rehabilitación basado en realidad virtual. / Tesis

This research project aims to show the psychomotricity benefits provided by motion control devices along the growth of human beings. The motion control device used as a reference for the development of the project is the Microsoft Kienct, because it’s the device that has the best technology from others and is the best one suited to achieve the objectives and outcome the research project. This statement is possible because the investigation focused on the analysis of five motion control devices and a comparison of the technologies associated to them. The period of investigation is based on children from 2 to 6 years old, time in which physical activities are hugely important for the psychomotor development of people. It emphasizes on human-computer connection better known as user interface (UI) and the importance of this in video games, especially in an educational game developed for children and how this impacts the final result. As part of the final results will show the benefits that the motion control devices can develop in the psychomotor development of children from 2 to 6 years old. The benefits will not just being shown in a document but through the development of a demo that consolidates all points investigated in the research project and show what you can achieve with one of these devices. Also this can be used by anyone who wants to develop a video game for Kinect since the step by step development of the demo was documented. / El presente proyecto busca mostrar los beneficios psicomotores que brindan los dispositivos de control de movimiento a lo largo del crecimiento del ser humano. El dispositivo de control de movimiento tomado como referencia para el desarrollo del proyecto es el Kinect de Microsoft debido a que es el dispositivo que posee la mejor tecnología con respecto a los demás y es el que mejor se adecúa para poder lograr los objetivos y resultados del presente proyecto de investigación. Esta afirmación es posible debido a que durante la investigación se analizan cinco dispositivos de control de movimiento que existen en el mercado actual y en donde se pueden desarrollar videojuegos, y se comparan las tecnologías asociadas con cada uno de estos dispositivos. El periodo de investigación se basa en niños de 2 a 6 años, tiempo en el cual las actividades físicas son de suma importancia para el desarrollo psicomotor de las personas. Se da énfasis en la conexión humano-computador, mejor conocida como interfaz de usuario (UI) y se recalcará la importancia de esta en los videojuegos, sobre todo en un juego didáctico desarrollado para niños y cómo esta impacta en el resultado final. Como parte de los resultados finales se mostrará los beneficios que brinda los dispositivos de control de movimiento en el desarrollo psicomotriz de un niño de 2 a 6 años de edad, no sólo en un documento sino mediante el desarrollo de una demo que consolide todos los puntos investigados en el proyecto de investigación y demostrará lo que se puede llegar a lograr con uno de estos dispositivos de control de movimiento, asimismo esto podrá ser utilizado por cualquier persona que quiera desarrollar un videojuego para la videoconsola Kinect debido a que se documentará paso a paso todo lo desarrollado para lograr el objetivo del proyecto.

En el presente estudio se realizó la modelación y simulación dinámica de un novedoso sistema actuado para tobillo para la asistencia del movimiento de flexión plantar durante la caminata. Es así que, en la primera parte, se describe la anatomía funcional y biomecánica del sistema pierna-pie, y además se detalla el comportamiento de los principales elementos del sistema músculo esquelético. Posteriormente, se realiza el estado del arte sobre tecnologías portátiles asistenciales de tobillo, y se presentan los principales métodos de modelación y simulación computacional para la evaluación del desempeño de dichos dispositivos. En base al marco teórico presentado, se desarrollan los requerimientos y la conceptualización del diseño preliminar de un sistema actuado cuasi pasivo que contiene un accionamiento controlable capaz de almacenar y liberar energía elástica y así asistir a la marcha. Luego se realiza la modelación del cuerpo humano empleando el modelamiento “linksegmento”, ampliamente usado para análisis biomecánico del movimiento, y se implementa virtualmente el dispositivo propuesto a fin de analizar el comportamiento de su interacción durante la caminata a través de simulaciones dinámicas. El cálculo de la simulación se realiza de manera computacional empleando el software MATLAB a través de la técnica de dinámica inversa. Finalmente, estos resultados permiten entender el comportamiento dinámico del sistema actuado propuesto, así como los parámetros del accionamiento controlable para un desempeño óptimo en la asistencia de la marcha. Este conocimiento aporta al entendimiento de la interacción biomecánica de dispositivos asistenciales y además sienta las bases para el futuro diseño e implementación del dispositivo.

El presente trabajo presenta una prótesis de antebrazo que integra elementos de soft robotics para lograr una prótesis de muñeca capaz de mover una mano con tres grados de libertad, al igual que su contraparte real. Inicialmente se realizó un estudio previo para identificar los movimientos de una muñeca a emular y recopilar modelos existentes de prótesis de antebrazo como parte del estado del arte. A partir de esto se propuso un diseño de prótesis de antebrazo capaz de emular dichos tres movimientos de la muñeca mediante la integración de músculos artificiales neumáticos y otros componentes electrónicos. A continuación, se procedió a realizar el diseño definitivo del sistema. Para ello se realizó una lista de los componentes requeridos en cuanto a sensores, actuadores y controladores. Por cada componente se recopilaron posibles modelos comerciales disponibles, y se seleccionó el más adecuado teniendo en cuenta las características deseadas según las condiciones de trabajo. Además, se realizó el modelado de la estructura de la prótesis y de los subsistemas involucrados mediante el software de diseño mecánico Autodesk Inventor. La prótesis de antebrazo desarrollada es un dispositivo portátil capaz de trabajar de manera continua por aproximadamente 6 horas, el cual cuenta con todos los elementos requeridos para realizar las tareas deseadas. Por último, se estima el costo total de la prótesis, incluyendo el costo de sus componentes electrónicos y mecánicos, elementos de pernería y cableado, y su manufactura, obteniendo un total de S/. 2222.30, el cual aumenta a S/. 10522.30 al incluir costos de diseño y ensamble. Además, se realizan simulaciones acerca del comportamiento del sistema mediante el uso de software como Autodesk Inventor o la herramienta de simulación ANSYS. Del mismo modo, se exploran las pruebas experimentales requeridas para validar el funcionamiento de un músculo artificial para futuras pruebas experimentales de este elemento.