Las prótesis activas de miembro inferior buscan ejercer sobre el muñón de la persona amputada movimientos y reacciones similares a las que produce un miembro sano. Esto se logra por medio de sistemas que brindan potencia a las articulaciones, a diferencia de las prótesis pasivas. La finalidad de reproducir movimientos y reacciones similares a la de un miembro inferior es reducir el costo metabólico que puede demandar el emplear una prótesis pasiva y reducir las lesiones en otras partes del cuerpo producto de requerir mayor esfuerzo y movimientos anormales para suplir la función que brinda un miembro inferior sano. El objetivo de este trabajo es presentar el diseño mecánico de una prótesis activa transfemoral. El diseño fue concebido para que la prótesis pueda realizar rutinas de marcha en estado activo. Para rutinas como bipedestación y sedestación la prótesis se comporta de forma pasiva. El presente trabajo presenta un marco teórico de la marcha de la persona, las características de proyectos actuales de prótesis activas de miembro inferior, un método de obtención de reacciones en las articulaciones a partir de información obtenida de un análisis de marcha y la información de la persona modelo, la aplicación de la metodología de diseño empleada, el diseño de los sistemas de transmisión de potencia y de la estructura, la selección de componentes y el diseño preliminar del sistema de control. La prótesis diseñada se compone de cuatro partes, denominadas segmentos, y tres articulaciones, de las cuales dos de ellas son activas. Cabe resaltar que se emplearon elementos de almacenamiento de energía para reducir el tamaño de los actuadores y reutilizar la energía emitida por cada articulación. / Tesis

En el cuerpo humano a veces se presentan alteraciones en el esqueleto tanto en el crecimiento como en el desarrollo del mismo en diversos grados, actualmente se practican técnicas que tiene por objetivo la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el esqueleto. El objetivo del presente trabajo es la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el maxilar inferior, la técnica a utilizar es la denominada distracción osteogénica, esta técnica ha demostrado que la tracción gradual de los tejidos vivos crea fuerzas que estimulan el crecimiento y la regeneración de los huesos. Se diseñó y construyó un dispositivo, el cual logrará de manera satisfactoria una tracción gradual sobre mandíbula inferior, ocasionando que esta modifique su geometría. El diseño del dispositivo utilizó una “Metodología del diseño”, ésta es una técnica reconocida, la cual nos garantiza que el dispositivo cumpla con todos los requerimientos y restricciones necesarias para lograr la distracción osteogénica. Los cálculos de las piezas del dispositivo denominado Distractor fueron verificados utilizando el Método de los Elementos finitos (CAE). También se presentan los planos del Distractor, los cuales sirvieron para la fabricación y ensamble del mismo, las piezas se fabricaron en talleres nacionales. / Tesis

El aumento en la producción agrícola de exportación ha incrementado la importación de maquinaria agrícola de gran envergadura. Por otro lado, las zonas andinas del país albergan empresas agrícolas cuyo producto tiene como destino el mercado interno. Ante esto su demanda de maquinaria agrícola es distinta a las grandes empresas, no tan cara, tanto en sus costos como en su mantenimiento. Esta demanda es cubierta por empresas metalmecánica, fabricando esta maquinaria en forma artesanal. No se ha encontrado un estudio serio y completo referido a este tipo de maquinaria agrícola, Solo se encuentran planos de construcción realizados de forma artesanal y copiada una y otra vez por las empresas metalmecánicas mencionadas. Debido a esto los objetivos trazados en el presente proyecto son: Diseñar un arado reversible por gravedad, de tecnología intermedia y hecho de los materiales más comunes y económicos, aplicando correctamente los conceptos del diseño mecánico, las leyes de la mecánica, la ciencia de los materiales y las matemáticas. Así también se busca el almacenamiento y sistematización de la información acumulada durante el desarrollo del presente trabajo (base de datos digitales de cálculos, planos de despiece y ensamble) y finalmente la validación de los resultados durante y al final del proyecto. Los supuestos teóricos o metodológicos en la que se sustenta el presente trabajo están en la obra Engineering Design, a Systematic Approach escrito por Pahl and beits en el que explica cómo debido a la compleja naturaleza de la tecnología moderna es ahora raramente posible para un individuo lograr el diseño y desarrollo de un nuevo o mejor producto por sí solo. Para incrementar la probabilidad de éxito de un producto, el proceso del diseño debe ser planificado cuidadosamente y ejecutado sistemáticamente, en particular se necesita un método de diseño en ingeniería el cual debe dividirse primero en fases y luego en distintas etapas cada cual con su propio método de trabajo, con estos objetivos en mente es que Pahl y beitz nos proporcionan un extensivo conjunto de conocimiento acerca del diseño sistemático y sus principales fases: Planificación del producto y clarificación de la labor; Diseño conceptual; Desarrollo o elaboración del proyecto y Diseño de detalle. Los términos son usados en BS 7000, The Management of Product Design y publicados por la British Standards Institution en 1989. Hay un progreso paso a paso del estado cualitativo del proyecto al estado cuantitativo del proyecto y finalmente hay una deliberada variación y combinación de los elementos solución de diferente complejidad. El método o procedimiento realizado se resume en el siguiente Diagrama. / Tesis

En la presente tesis se propone, el diseño mecatrónico de una prótesis de mano, para pacientes con amputación transradiaL la cual pennitirá al usuario el control de esta nueva extremidad por medio de una mterfuz de electroencefulogra:fia que predecirá las acciones y deseos del usuario y comunicándose con el controlador de la prótesis llevará a cabo dicha tarea. El presente diseño ha sido basado en estudios antropomórficos y biomecánicos de la mano humana. Consideraciones, cálculos, comparaciones y justificaciones son presentados en el presente documento. Así se logró un diseño capaz de someterse hasta 1 O kgf de carga con sólo una masa de aproximadamente 800 gr. Además el tiempo de cerrado de la mano es de 0.33 s, siendo un prototipo rápido con una velocidad comparable a la mano humana . Así mismo, el sistema electrónico de la prótesis fue diseñado para optimizar el ahorro de energía y controlar sólo las variables necesarias para el buen funcionamiento del conjunto. Las variables a controlar son justificadas de acuerdo al diseño mecánico propuesto. Además, el sistema se divide en tres dispositivos independientes: una interfuz cerebro máquina, que adquirirá las señales eléctricas producidas en la superficie del cerebro para la interpretación de la acción a realizar; un dispositivo Smartphone de alto rendimiento, que procesará la señal adquirida, realizando el :filtrado y reconocimiento de patrones; y la prótesis propiamente dicha, la cual recibe los parámetros del anterior procesador y controla las salidas actuadas, por medio de un lazo de control realimentado con sensores de posición y fuerza. Finalmente, se proponen filtros digitales de orden ocho para el preprocesamiento de la señal los cuales otorgarán una atenuación de paso de 0.5 dB y una atenuación de corte de 40 dB, así como un algoritmo de reconocimiento de patrones basado en redes neuronales y aprendizaje autónomo. La presente tesis no desarrolla los parámetros exactos de este sistema de reconocimiento y aprendizaje, pero sí propone una secuencia de algoritmos que permitirá llegar al controlador óptimo de la prótesis. Esta limitante se debe a la necesidad de la obtención de estos parámetros por medio de iteraciones de prueba y error. / 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

[ES] La robótica submarina ha sido uno de los campos de investigación que más interés ha despertado en las últimas décadas y con esto ha logrado una evolución de dicho campo. Avances de la robótica submarina han sido implementados en áreas diferentes a la investigación, dentro de los beneficiados está el sector comercial y el sector militar, así como la academia. Por otra parte, avances tecnológicos de diferentes áreas se incorporan a la robótica submarina, principalmente en los sistemas electrónicos los que más estimulan el desarrollo de todo lo relacionado con los vehículos submarinos, por lo tanto, se generan progresos en sistemas de control además del diseño mecánico y estructural. Esta tesis se centró en el diseño y construcción de un vehículo autónomo submarino para el proyecto DIVISAMOS. A partir del análisis del estado actual de la robótica submarina, el diseño planteado recoge todos los aspectos favorables de los vehículos existentes, de esta forma se tienen características que optimizan el vehículo, otorgándole versatilidad y eficiencia de funcionamiento. En el proceso investigativo se dirigieron esfuerzos, principalmente a la integración de métodos de diseño mecánico que optimizaron las características del vehículo que se construyó, presentando así un vehículo híbrido con desplazamientos eficientes y con posibilidad de desarrollar misiones que requieran hoovering. Cabe destacar que los métodos de diseño presentados en esta tesis, permiten incorporar sistemas de sensores para desarrollo de misiones de monitoreo, Localización y Mapeo Simultáneos (SLAM, por sus siglas en inglés) batimetría de ambientes submarinos con generación de datos georreferenciados, de alta resolución y su proyección cartográfica. Con todo esto se puede asegurar que se construyó un vehículo de altas prestaciones. Con el análisis de los resultados obtenidos con la implementación de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés), se logró que el vehículo tenga bajo consumo de energía ya que se han estudiado a fondo aspectos de la forma hidrodinámica del casco, del vehículo para reducir la fuerza de arrastre. Dentro de los resultados a desatacar en este aspecto se presenta un modelo que incorpora el cálculo en tiempo real, de las fuerzas debidas al arrastre generado por las corrientes de agua que interactúan con el casco del vehículo, reduciendo con esto el alto costo computacional de los análisis CFD y enriqueciendo el modelado dinámico. El modelo dinámico y cinemático de un vehículo autónomo submarino (AUV, por sus siglas en inglés), reviste un mayor grado de complejidad debido a que al sumergirse, depende de la navegación inercial que funciona basada en las mediciones de los instrumentos y los sistemas de referencia para determinar su posición. Las matrices de transformación son un método eficaz, usado para el modelado matemático de brazos robot, en esta tesis se plateó un modelo matemático hibrido, que utiliza matrices de transformación para plantear la cinemática del AUV, éste modelo tiene la particularidad de permitir agregar elementos al modelo inicial, continuando con la misma formulación resultando de gran utilidad para casos en los que el AUV realiza misiones en las que manipulan objetos y debido a esto se incorpora un brazo robot. / [CA] La robòtica submarina ha sigut un dels camps d'investigació que més interés ha despertat en les últimes dècades, açò ha aconseguit una evolució del dit camp. Avanços de la robòtica submarina han sigut implementats en àrees diferents de la investigació, dins dels beneficiats està el sector comercial i el sector militar així com l'acadèmia. D'altra banda, avanços tecnològics de diferents àrees s'incorporen a la robòtica submarina, principalment són els sistemes electrònics els que més estimulen el desenrotllament de tot allò que s'ha relacionat amb els vehicles submarins, per tant es generen progressos en sistemes de control a més del disseny mecànic i estructural. Esta tesi es va centrar en el disseny i construcció d'un vehicle autònom submarí per al projecte DIVISAMOS. A partir de l'anàlisi de l'estat actual de la robòtica submarina, el disseny plantejat arreplega tots els aspectes favorables dels vehicles existents, d'esta manera es tenen característiques que optimitzen el vehicle atorgant-li versatilitat i eficiència de funcionament. En el procés investigativo es van dirigir esforços principalment a la integració de mètodes de disseny mecànic que van optimitzar les característiques del vehicle que es va construir, presentant així un vehicle híbrid amb desplaçaments eficients i possibilitat de desenrotllar missions que requerisquen hoovering. Cal destacar que els mètodes de disseny presentats en esta tesi permeten incorporar sistemes de sensors per a desenrotllament de missions de monitoreo, SLAM, batimetria d'ambients submarins amb generació de dades geo-referenciats d'alta resolució i la seua projecció cartogràfica. Amb tot açò es pot assegurar que es va construir un vehicle d'altes prestacions. Amb l'anàlisi dels resultats obtinguts amb la implementació de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD, per les seues sigles en anglés) es va aconseguir que el vehicle tinga baix consum d'energia ja que s'han estudiat a fons aspectes de la forma hidrodinàmica del casc del vehicle per a reduir la força d'arrossegament. Dins dels resultats a descordar en este aspecte es presenta un model que incorpora el càlcul en temps real de les forces degudes a l'arrossegament generat pels corrents d'aigua que interactuen amb el casc del vehicle, reduint amb açò l'alt cost computacional de les anàlisis CFD i enriquint el modelatge dinàmic El model dinàmic i cinemático d'un Vehicle Autònom Submarí (AUV, per les seues sigles en anglés) revist un major grau de complexitat pel fet que al submergir-se depén de la navegació inercial que funciona basada en els mesuraments dels instruments i els sistemes de referència per a determinar la seua posició. Les matrius de transformació són un mètode eficaç usat per al modelatge matemàtic de braços robot, en esta tesi es va platejar un model matemàtic híbrid que utilitza matrius de transformació per a plantejar la cinemàtica del' AUV, este model té la particularitat de permetre agregar elements al model inicial continuant amb la mateixa formulació, resultant gran utilitat per a casos en què l'AUV realitza missions en què manipulen objectes i a causa d'açò incorpora un braç robot. / [EN] Underwater robotics has been one of the fields of research that has awakened most in recent decades, this has achieved an evolution of this field. Advances in underwater robotics have been implemented in areas other than research, within the benefits are the commercial sector and the military sector as well as the academy. Underwater robotics has been one of the fields of research that has awakened most in recent decades, this has achieved an evolution of this field. Advances in underwater robotics have been implemented in areas other than research, within the benefits is the commercial sector and the military sector as well as the academy. The development of everything related to underwater vehicles, therefore progress is made in control systems in addition to the mechanical and structural design. This thesis focused on the design and construction of an underwater autonomous vehicle for the DIVISAMOS project. From the analysis of the current state of underwater robotics, the proposed design includes all the favorable aspects of the existing vehicles, in this way it has characteristics that optimize the vehicle, giving it versatility and efficiency of operation. In the research process, it was mainly aimed at the integration of mechanical design methods that optimize the characteristics of the vehicle that was built, thus presenting a hybrid truck with efficient displacements and the possibility of development. It should be noted that the design methods presented in this test incorporate sensor systems for the development of monitoring missions, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), the bathymetry of submarine environments with high-resolution georeferenced data generation and its cartographic projection. With all this you can ensure that a high-performance vehicle was built. With the analysis of the results obtained with the implementation of Computational Fluid Dynamics (CFD) was achieved that the vehicle has low power consumption and that has been thoroughly studied aspects of the hydrodynamic shape of the vehicle's hull to reduce the drag force. Within the results of this aspect a model is presented that incorporates the calculation in real time of the forces for the analysis of the drag generated by the water currents that interact with the hull of the vehicle, reducing with this the high computational cost of the CFD analysis and enriching dynamic modeling. The dynamic and kinematic model of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) revises a greater degree of complexity that depends on the inertial navigation that works in the measurements of the instruments and the reference to determine its position. Transformation matrices are an effective method used for the mathematical modeling of robot arms. In this thesis a hybrid mathematical model was used that uses transformation matrices to propose the kinematics of the AUV, this model has the peculiarity of allowing the aggregation of elements to the initial model continuing with the same formulation, resulting in a great utility for cases in which the AUV performs missions in which objects are manipulated and due to this incorporates an arm robot. / También agradezco al ministerio de educación pues gracias a los recursos destinados al proyecto DIVISAMOS todo este proyecto fue posible. / Aguirre Gómez, FA. (2020). Diseño Optimizado, Modelado Dinámico - Cinemático y Fabricación de un AUV, Integrando Herramientas CAE para su Validación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/144260 / TESIS

En la presente tesis se propone, el diseño mecatrónico de una prótesis de mano, para pacientes con amputación transradiaL la cual pennitirá al usuario el control de esta nueva extremidad por medio de una mterfuz de electroencefulogra:fia que predecirá las acciones y deseos del usuario y comunicándose con el controlador de la prótesis llevará a cabo dicha tarea. El presente diseño ha sido basado en estudios antropomórficos y biomecánicos de la mano humana. Consideraciones, cálculos, comparaciones y justificaciones son presentados en el presente documento. Así se logró un diseño capaz de someterse hasta 1 O kgf de carga con sólo una masa de aproximadamente 800 gr. Además el tiempo de cerrado de la mano es de 0.33 s, siendo un prototipo rápido con una velocidad comparable a la mano humana . Así mismo, el sistema electrónico de la prótesis fue diseñado para optimizar el ahorro de energía y controlar sólo las variables necesarias para el buen funcionamiento del conjunto. Las variables a controlar son justificadas de acuerdo al diseño mecánico propuesto. Además, el sistema se divide en tres dispositivos independientes: una interfuz cerebro máquina, que adquirirá las señales eléctricas producidas en la superficie del cerebro para la interpretación de la acción a realizar; un dispositivo Smartphone de alto rendimiento, que procesará la señal adquirida, realizando el :filtrado y reconocimiento de patrones; y la prótesis propiamente dicha, la cual recibe los parámetros del anterior procesador y controla las salidas actuadas, por medio de un lazo de control realimentado con sensores de posición y fuerza. Finalmente, se proponen filtros digitales de orden ocho para el preprocesamiento de la señal los cuales otorgarán una atenuación de paso de 0.5 dB y una atenuación de corte de 40 dB, así como un algoritmo de reconocimiento de patrones basado en redes neuronales y aprendizaje autónomo. La presente tesis no desarrolla los parámetros exactos de este sistema de reconocimiento y aprendizaje, pero sí propone una secuencia de algoritmos que permitirá llegar al controlador óptimo de la prótesis. Esta limitante se debe a la necesidad de la obtención de estos parámetros por medio de iteraciones de prueba y error.

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.

En el presente documento se realiza la investigación de un prototipo de prótesis de mano derecha. Este debe ser controlado por señales mioeléctricas, es decir, ser accionado dependiendo de los valores sensados en el sistema. Estos datos vienen a ser los impulsos rápidamente cambiantes provenientes de los nervios y músculos. Para poder desarrollar el tema, en primero lugar, se estudian los movimientos de la mano, de los cuales se escogen: la flexión y extensión de los dedos, la flexión y extensión de la muñeca, y la pronación y supinación de la muñeca. La razón por la cual se decide investigar este tema, es debido al constante incremento de lesiones del miembro superior, los cuales muchas veces terminan en la amputación de este. De esta manera, las personas quedan discapacitadas de las actividades cotidianas que se pueden realizar con la mano, entre ellas, conducir un vehículo. Es por eso que se busca que esta prótesis sea orientada especialmente hacia conductores que presenten este tipo de discapacidad para que puedan conducir cualquier automóvil automático. Se analiza información de diversas fuentes con el fin de conceptualizar diseños óptimos. Posteriormente, en base a un análisis técnico-económico, se escoge la opción más viable.

Esta tesis presenta el diseño de un mecanismo de dos grados de libertad para una prótesis robótica transtibial que cuenta con dorsiflexión/flexión plantar e inversión/eversión activas. Así mismo, se expone el diseño de un pie protésico que complementa a dicho mecanismo para obtener una prótesis robótica transtibial que no incluye al socket del paciente con amputación. Este mecanismo de 4,63 kg es capaz de proveer el torque adecuado en el momento necesario a fin de que personas con amputación de miembro inferior y de aproximadamente 60 kg de peso, puedan trasladarse en superficies planas e inclinadas realizando giros de hasta 19° en dorsiflexión, 20° en flexión plantar, 25° en inversión y 10° en eversión. Además, el mecanismo permitiría al usuario caminar en un plano horizontal o en un plano inclinado de hasta 25° de inversión. Por otro lado, se seleccionan los componentes electrónicos que utiliza el sistema de control para realizar los giros mencionados automáticamente gracias al uso de un microcontrolador. Por último, se presenta la lista de planos de ensamblaje y despiece del mecanismo, junto al costo total de producción de la prótesis diseñada cuyo valor es de aproximadamente S/. 12 500 mil soles. Entre los pasos a seguir para lograr el diseño del mecanismo se encuentran, un breve estudio en torno a la anatomía y biomecánica del tobillo, y una investigación en torno a los mecanismos en prótesis robóticas transtibiales y sistemas electrónicos y de control. La información obtenida se utilizó para proponer un diseño conceptual considerando la norma alemana de diseño mecatrónico VDI 2206. Luego, se llevó a cabo un análisis cinemático para obtener las fuerzas que el mecanismo debe generar durante todo el ciclo de marcha, las cuales fueron consideradas en los cálculos y simulaciones por elementos finitos realizados para una correcta selección y diseño de los componentes mecánicos del mecanismo. Finalmente, se realizó un modelo dinámico del mecanismo y una selección de componentes electrónicos para obtener las funciones de transferencia de un sistema de control para la prótesis que podría ser implementado en trabajos futuros.