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Modelación y simulación dinámica en el desarrollo de un sistema actuado para tobillo que asista al movimiento del pie en la marchaLuis Peña, Abraham Israel 19 June 2018 (has links)
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.
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Diseño mecánico de un simulador de marcha normal basado en la plataforma Stewart-GoughSevillano Gainza, Gonzalo Eduardo 29 May 2014 (has links)
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.
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Diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha para niños con problemas de locomociónMacavilca Román, José Carlos 17 March 2016 (has links)
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.
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Modelación y simulación dinámica de un mecanismo de 4 GDL para desarrollar una prótesis para personas con desarticulación humeralBernal Padró, Mariano André 03 November 2016 (has links)
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
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