En el presente trabajo se muestra el diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo del tipo 2- UPU (R), el cual cuenta con dos grados de libertad para realizar los movimientos de flexión dorsal-plantar e inversión-eversión, y una restricción pasiva que garantiza un punto de rotación fijo. El diseño se obtuvo mediante una exhaustiva investigación del estado del arte y la aplicación de la metodología indicada en el estándar alemán VDI 2221. El rehabilitador de tobillo propuesto es accionado por dos servomotores eléctricos lineales que permiten realizar trabajos pasivos y activos en flexión dorsal-plantar e inversión-eversión. De acuerdo a la configuración establecida, cada uno de estos movimientos se encuentra limitado a 30° y 18° respectivamente, y la carga máxima sobre el tobillo limitada a 120 Nm. Las dimensiones del equipo son 440 mm de altura, 450 mm de longitud y 250 mm de ancho; lo cual satisface los requerimientos ergonómicos de una persona con estatura aproximada al de la media de la población del Perú. Como resultado de este trabajo se obtienen los planos de ensamble y fabricación del equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo y los costos asociados a la fabricación de piezas, compra de componentes estandarizados, ensamble e instalación, y desarrollo de la ingeniería. El costo total del proyecto asciende a 8,770.00 USD. / 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

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206 / Tesis

El presente trabajo de investigación presenta el diseño mecánico de un simulador de marcha normal, conformado por un par de mecanismos paralelos de 6 grados de libertad, que trabajan en forma dual. Cada mecanismo está basado en la configuración de una plataforma Stewart-Gough. El diseño incluye todos sus componentes mecánicos, no se incluye en el presente trabajo ni el sistema hidráulico ni el sistema de control. Para el diseño del mecanismo paralelo se utilizó la metodología de tres etapas utilizada por B. Zhang, [Zhang, 2005] y recomendaciones de J. Merlet, [Merlet, 1999]. En una etapa inicial se contempló la investigación de los parámetros de la marcha normal de una persona entre 18 y 45 años, posiciones, velocidades, alcance, movimientos y patologías. Luego se procedió con el desarrollo de la geometría óptima para las dimensiones de las plataformas, para ello se analizó la cinemática inversa del mecanismo y el espacio de trabajo del mismo, siguiendo un proceso iterativo (MATLAB). A continuación se validó los resultados de la geometría óptima con la selección de componentes y diseño mecánico, cálculos de resistencia y análisis en CAD (SOLIDWORK, AUTOCAD). Por último, se elaboraron los planos de fabricación, ensamble y despiece, así mismo se evaluaron los costos directos e indirectos del desarrollo, fabricación e implementación del sistema mecánico. El resultado del presente trabajo es el diseño mecánico de dos plataformas con 6 GDL, cuya plataforma móvil puede tener un alcance máximo de ± 400 mm en los ejes X e Y, con una orientación máxima de ± 30°, y máxima carga en cualquier posición y orientación de 700 N perpendicular a la plataforma. Es necesario señalar que tanto el alcance y orientación están vinculados, por lo que los valores antes mencionados de alcance y orientación dependen de la posición y rotación de la plataforma en los demás ejes. El costo estimado que incluye costos directos e indirectos de ambas plataformas es de S/. 99,796.00, que incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. / Tesis

El presente trabajo consistió en el diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha orientado a la recuperación de la locomoción de niños entre cuatro a doce años de edad, quienes ostentan una mayor capacidad de recuperación motriz al estar en una etapa de desarrollo físico y mental. Esta tesis contempló el diseño mecánico de un mecanismo paralelo tipo hexápodo de notación 6RSS (de seis grados de libertad y de articulaciones R-rotacional, S-esférica y S-esférica), la selección de los componentes, la elaboración de los planos correspondientes y la estimación de los costos de fabricación y adquisición del sistema mecánico del simulador. Para tal fin, se estableció como base de análisis las proyecciones de las fuerzas en los eslabones respecto al plano sagital, donde a través del análisis del equilibrio dinámico de la plataforma se calcularon las fuerzas y torques en los elementos que conforman el rehabilitador. En vista de que, las fuerzas y torques estuvieron en función de las dimensiones de las cadenas cinemáticos del mecanismo, se procedió a determinar dichas medidas mediante iteraciones a través de programas desarrollados con el software Mathcad Prime 1®. Este proceso iterativo se realizó al considerar como parámetros cinemáticos la posición del talón y del dedo pulgar, así como la velocidad y aceleración del pie durante la marcha. Este arreglo de datos fue obtenido de bibliografía especializada, la cual fue almacenada por frames durante el ciclo de la marcha. Por ello, se empleó un factor de conversión de parámetros cinemáticos igual a 0.19, el cual relacionó la velocidad promedio de un adulto, proveniente de los frames, y la velocidad promedio de un niño. Con los resultados del cálculo, se aplicaron las teorías de resistencia de materiales y elementos de máquinas para seleccionar y/o diseñar los componentes. El movimiento rotacional es proporcionado por motores a pasos de gran torque (48 VDC, 6.3 A/fase, 9.1 Nm) los cuales accionan los mecanismos biela manivela de las cadenas cinemáticas. Asimismo, se diseñaron articulaciones esféricas con un ángulo máximo de variación de 59° que permiten abarcar la longitud de paso del rehabilitador. Este equipo fue diseñado para ser utilizado por un niño de un peso máximo de 42 kg. y estatura máxima de 1.50 m. El costo total del rehabilitador ascendió a $ 20500, el cual incluyó los costos de material, ensamble y diseño. / 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

En el presente trabajo de tesis se realizó la modelación y la simulación dinámica de un mecanismo de 4 grados de libertad, orientado al diseño de prótesis activas para personas con desarticulación humeral. Este modelo facilita el análisis de la biomecánica del movimiento en el miembro superior con el fin de obtener parámetros dinámicos para iniciar un posterior diseño de la prótesis. Se realizó un diseño conceptual del mecanismo basándolo en las características fisiológicas del miembro superior, de tal manera que cumpla con los movimientos naturales y mantenga un parecido antropomórfico. Esto incluye una revisión de la fisiología para la obtención de los parámetros antropométricos necesarios para el dimensionamiento de los eslabones. En base al diseño preliminar, se desarrolló un modelo cinemático para el estudio de las características geométricas del movimiento, con el cuál se pueden describir las coordenadas de cualquier componente del mecanismo respecto a un sistema fijo al cuerpo. Esto se logró empleando las matrices de transformación homogénea según la parametrización Denavit-Hartenberg. Asimismo, el modelo cinético se describió mediante las ecuaciones obtenidas de servirse del algoritmo de Uicker para el estudio, aplicando conceptos de mecánica Lagrangiana, del cual se obtiene los momentos efectivos en cada articulación. Finalmente, el modelo fue implementado en Matlab para proceder con la simulación numérica de la dinámica del mecanismo, donde se realiza el cálculo de los torques efectivas aplicadas, cuyos valores máximos son los parámetros de selección para un posterior diseño. Los resultados aquí presentados, se contrastan con los obtenidos en literatura para validar los datos ofrecidos, los cuáles se encuentran dentro de rangos esperados / Tesis

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206

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 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.