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.

Actualmente, diversos laboratorios están implementando módulos de ensayo que permitan evaluar el funcionamiento de prótesis de miembro inferior sin la intervención de un paciente. Esto se debe a que no existe un estándar para evaluar la funcionalidad estas prótesis; el incremento de costo y tiempo en las pruebas y rediseño por el riesgo que suponen, así como otros inconvenientes como la falta de repetibilidad. Por ello, la presente tesis desarrolla el diseño de un módulo de ensayos para prótesis transtibial que permite emular condiciones de marcha en superficies planas, inclinadas y con irregularidades. Primero, se describe un marco teórico sobre el análisis cinemático y cinético de la marcha humana, así como un estado del arte referente a los módulos de ensayo existentes. Además, se presenta el diseño conceptual del módulo propuesto. Luego, se presenta el subsistema mecánico conformado principalmente por la estructura soporte, un eje lineal de husillo de bolas y una caja reductora rueda-tornillo sinfín; así como los cálculos mecánicos necesarios para su diseño, selección de componentes y una validación estructural por simulación digital. A continuación, en el diseño electrónico y de control, se presenta el diagrama de bloques, en el cual se aprecian los componentes tales como sensores y actuadores, fuentes de alimentación y controladores. Luego, se continúa con la selección de componentes y se presenta el subsistema electrónico definitivo. Después, se presenta el subsistema de control a utilizar y la lógica de funcionamiento general mediante un flujograma. Más adelante, se presenta la interfaz usuario-máquina del módulo de ensayos propuesta. Finalmente, se presenta la estructura de los planos y los costos estimados de diseño y fabricación, los cuales ascienden a S/. 51 212,76. Este diseño se diferencia de aquellos existentes en su capacidad de poder operar en distintas superficies. Gracias a este módulo, se permite prescindir de un paciente humano en una etapa inicial de diseño y fabricación, y de esa manera acelerar la etapa de rediseño, evaluar la competitividad y desempeño de prótesis transtibiales en terrenos variados encontrados en la vida diaria.

La presente tesis desarrolla el diseño de un dispositivo portátil de rehabilitación pasiva de muñeca que permite al usuario realizar los movimientos de flexión/extensión, desviación radial/cubital y pronación/supinación. Además, presenta un diseño antropométrico respecto al antebrazo y muñeca de la mujer peruana, tiene como principal tecnología de fabricación la impresión 3D. En el desarrollo de ingeniería del dispositivo, se presenta el diseño mecánico del dispositivo de rehabilitación junto con el cálculo de torque necesario para realizar los movimientos de muñeca. Además, se diseña un aplicativo móvil como interfaz de comunicación entre usuario-dispositivo. Por último, se diseña un sistema de control redundante con la finalidad de alcanzar los rangos de movimiento de muñeca deseados, así como también de cuidar la integridad del usuario. El costo de producción del dispositivo es de S/2,560.00 soles, siendo este menor al precio promedio que tienen otros dispositivos comerciales de rehabilitación de muñeca de modo que posee una ventaja competitiva en el mercado.

La evaluación periódica de los monitores de electrocardiografía (ECG), es fundamental para que el equipo funcione correctamente. Se recomienda utilizar un dispositivo simulador de señales electrocardiográficas dentro de la evaluación periódica, sin embargo, su elevado costo y su calibración a cargo de los fabricantes extranjeros, dificulta su adquisición. Actualmente, existe la necesidad de estos equipos simuladores en los diferentes hospitales e institutos de Lima. Por ello, el objetivo principal de este trabajo de tesis es diseñar un dispositivo simulador de señales electrocardiográficas y un protocolo de evaluación de monitores ECG dentro de un centro de salud. Para el diseño del dispositivo simulador fue necesario contar con señales patrones ECG, las cuales fueron inicialmente capturadas de manera analógica y convertidas a valores digitales, para luego permitir su almacenamiento dentro del dispositivo y su posterior simulación. La simulación de la señal ECG consta de tres etapas principales: Conversión Digital-Análoga de la señal, Demultiplexación de los valores analógicos y Acondicionamiento. Posteriormente, a través de la conexión del simulador con el monitor ECG se logra inyectar una señal patrón para la evaluación del Monitor. La evaluación del Monitor ECG se lleva a cabo utilizando un Protocolo de Evaluación, para cuyo diseño se consultaron como base fundamental las guías desarrolladas por ECRI, considerando los datos del equipo a evaluar, los instrumentos utilizados, así como las pruebas cualitativas y cuantitativas, permitiendo definir el estado del Monitor: Operativo o Inoperativo. Finalmente, se realizaron las pruebas del dispositivo simulador, utilizando el Protocolo de Evaluación diseñado, comprobando que el error del simulador es 2% en la Amplitud y 1% en la frecuencia, características técnicas de los simuladores comerciales.

In the last decades, the quantity of robot applications has increased enormously in various areas of operation. Their advantages like automation and accuracy are interesting for health care, as well. Besides of surgery and patient transportation, robots can be used for therapy, too. This master thesis presents an analytical model of a hydraulic hexapod robot, which is intended to be used as a gait trainer in a rehabilitation application. In order to prove the model, a measurement of all actuators is performed. They prove the linear plant characteristic caused by an installed pressure compensator. Consequently, a suitable decoupled state space control and an observer are developed and simulated. Considering the velocity and the control effort, the feedforward linear-quadratic state space controller shows the best system performance. The tests permit a model simplification and exhibit the negligible influence of small loads. The potential of the hexapod robot has to be considered regarding the further development of the periphery. Doing so, the presented controller can be implemented and the robot can be used in many areas. / Tesis

El objetivo general de esta tesis es presentar el diseño de un sistema de fototerapia que pueda servir como una alternativa de solución para los pacientes del área de dermatología de nuestro país y que de ese modo puedan tener una mejor calidad de atención.

En el presente trabajo de tesis, se desarrolla el diseño de un amplificador operacional de transconductancia (OTA), bloque constitutivo de todos los sistemas integrados e implantables de adquisición de señales biomédicas, en este caso las señales del EEG, que se encuentrar en el rango de 0 – 100Hz.

En la sierra del Perú existen muchos pobladores indígenas que viven en regiones donde la temperatura, durante las noches, desciende a valores menores que cero grados centígrados. Debido a la falta de apoyo gubernamental en el aspecto económico, durante el año 2009 se ha registrado un número elevado de muertos, especialmente niños por problemas respiratorios. Frente a este grave problema que enfrentan los peruanos en las zonas alto-andinas se propone diseñar una cama calefactora, mediante el uso de la energía solar, para proporcionar confort térmico al campesino de la sierra durante las noches. En el primer capítulo, se investiga el estado de la tecnología de sistemas de colección y almacenamiento de energía solar. En el segundo capítulo, se selecciona el proyecto óptimo. Se analizan las diversas alternativas de solución comparando los valores técnicos y económicos de cada concepto de solución. Esto da como resultado el uso de un colector solar de placa plana con aire como sistema de colección de energía solar y la utilización de una pila de piedras como sistema de almacenamiento de energía solar. En el tercer capítulo, se realiza el diseño y los cálculos de la cama calefactora. Se dimensionan las estructuras de acuerdo a la lista de exigencias. Luego se verifica que el área del colector proporcione el suficiente calor para cumplir el requerimiento del confort térmico del campesino durante las noches. En los anexos se proporcionan extractos de las fuentes utilizadas (datos meteorológicos de SENAMHI y un trabajo de investigación) para el desarrollo del cálculo. Se diseñó una cama calefactora mediante el uso de energía solar para proporcionar el confort térmico al campesino en las noches. El campesino necesita un suministro de calor de 35 W durante 10 horas lo cual resulta en una carga térmica de 1300kJ. La pila de piedras tiene un volumen de 0.5m3 y se calienta hasta una temperatura de 22°C durante el día y disminuye hasta una temperatura de 15°C en invierno. Este cambio de temperatura libera 2200 kJ, lo cual nos asegura que la pila de piedras proporcionará la cantidad de calor que necesita el hombre para encontrase en la zona de confort térmico. Finalmente, se incluye los planos necesarios para la construcción de la cama calefactora.

El objetivo de este trabajo es diseñar un sistema de monitoreo, medición y registro de presión sanguínea ambulatorio. Este sistema estará conformado por una parte mecánica que generará la presión sobre la arteria braquial en el brazo; una parte electrónica que permitirá adquirir las presiones diastólica, sistólica y principal para mostrarlas en una pantalla y/o transferirlas a una computadora donde un programa de control permitirá configurar el equipo, transferir, procesar y presentar la información.

Según la Organización Mundial de Salud (OMS) en el año 2015, de las 56.4 millones de defunciones registradas la causa principal fueron las cardiopatías isquémicas y los accidentes cerebrovasculares. En el mismo año, estableció como umbral mínimo la cantidad de 23 profesionales (médicos y enfermeras) por cada 10 000 habitantes. En el Perú, las muertes por enfermedades al corazón ocupan el segundo puesto de las causas de muerte más comunes con un 10.5% de la tasa de mortalidad. Asimismo según datos recabados del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI) y el Ministerio de Salud (MINSA) en el año 2014, se cuenta con 26 profesionales de la salud por cada 10 000 habitantes con lo que se logra cumplir con lo recomendado por la OMS. Sin embargo, en algunos departamentos como por ejemplo Cajamarca, Piura y San Martín dicha relación no se cumple teniendo cada una 16,13 y 12 profesionales de la salud por cada 10 000 habitantes respectivamente. Además, se debe considerar que para el monitoreo de los pacientes en hospitales y centros de salud se requiere de un equipo médico de alto costo, el cual solo puede ser usado por personal médico capacitado. Debido a lo expuesto previamente, la presente tesis plantea el diseño e implementación de un módulo de monitoreo portátil cardiaco para zonas rurales, el cual realiza la adquisición de la señal electrocardiográfica de una derivación en pacientes que se encuentren en estado de reposo, la cual podrá ser observada en una aplicación para computadora. El módulo desarrollado está dividido en dos etapas. La primera etapa consiste en un circuito de adquisición y acondicionamiento de la señal ECG. Para la adquisición de dicha señal se colocarán tres electrodos al paciente, estos estarán conectados al módulo mediante cables apantallados, cuya función es reducir la interferencia electromagnética o el ruido generado por el movimiento de los cables. Además, se trasmitirán los datos adquiridos en esta etapa vía bluetooth a una computadora. La segunda etapa recibirá los datos previamente mencionados en una plataforma gráfica instalada en la computadora la cual contiene tres ventanas. La primera ventana se utiliza para acceder a la ventana de registro de datos y monitoreo ECG. La segunda ventana servirá para realizar el registro de los datos tanto del paciente como del operario. La tercera ventana, monitorea la señal ECG la cual mostrará el ritmo cardiaco y el número de pulsaciones por minuto a tiempo real que luego podrán ser exportados a un archivo Excel. Además, se agregó una funcionalidad para poder exportar los datos a una página web. Las pruebas del funcionamiento del módulo con las tarjetas ya integradas se realizaron en personas mayores de 18 años. De los resultados obtenidos en la etapa de validación se observa un error de 0.54%, lo cual se encuentra dentro del rango aceptable establecido en ANSI/AAMI EC 13:2002.