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

En sistemas estructurales de importancia tales como aviones o puentes, el daño detectado y reparado a tiempo podría evitar una falla estructural catastrófica. Por tal motivo, el desarrollo de técnicas de evaluación no destructiva del estado de daño en estructuras mecánicas, aeronáuticas y civiles es un tema prioritario. En esta tesis se presenta un método no destructivo de detección de daño en elementos mecánico - estructurales. Para ello se desarrolla un modelo de deformación finita en el marco de la Mecánica del Continuo bi y tridimensional en coordenadas materiales, en el que se incluye contacto tipo Signorini y fricción de Coulomb en la interfase de la fractura. La Mecánica de Contacto, una rama de la Mecánica de Sólidos extensamente estudiada y aplicada, no ha sido, sin embargo, ampliamente destinada a problemas de detección de daño. La finalidad de esta tesis es diagnosticar la magnitud y localización de fisuras incorporando el contacto y la fricción en la misma, dentro de la simulación de la dinámica del elemento estructural. La detección se efectúa mediante la minimización de la diferencia entre los resultados experimentales y los simulados. Esta diferencia (o función objetivo) presenta muchos mínimos locales por lo que las técnicas convencionales basadas en búsqueda por métodos de gradiente son inaplicables. El método de Algoritmos Genéticos es exitosamente implementado en la minimización de la función objetivo. Se muestra que esta metodología es útil tanto para el caso dinámico como el estático obteniéndose resultados muy precisos en la detección de daño. El modelo del continuo con inclusión de contacto en la falla, que tiene en cuenta la deformación y rotación finita, es aplicable a cualquier tipo de movimiento que el elemento estructural efectúe y a cualquier tipo de forma que éste presente. Esta ventaja extiende el campo de estudio a cuerpos de forma arbitraria mientras que en la literatura está mayoritariamente restringido a vigas rectas. La robustez del método es puesta a prueba simulando errores experimentales y divergencias de la forma de la fractura entre el espécimen estudiado y el modelo de comparación.

El desgaste abrasivo es un serio problema que afecta a diversas industrias a nivel mundial. En países que tienen una industria altamente desarrollada como Estados Unidos, Alemania, Japón o China, las pérdidas debido a este tipo de desgaste bordean los miles de millones de dólares anuales. Debido a las exorbitantes cifras de dinero que se pierden año tras año existe la necesidad de realizar investigaciones que minimicen los efectos del desgaste. Debido a este gran problema para la industria, diferentes investigadores vienen desarrollando estudios para minimizar los efectos del desgaste. La Pontificia Universidad Católica del Perú en conjunto con la empresa Soldexa S.A. está desarrollando un proyecto de investigación que abarca el estudio de más de 15 nuevos electrodos para hardfacing con el objetivo de encontrar una formulación química óptima para el desarrollo masivo de un nuevo tipo de electrodo. La presente tesis abarca el estudio de 3 recubrimientos duros con 5% de ferrotitanio y una composición de ferrovanadio que varía entre 0 y 1.85%. Se realizaron ensayos de dureza, de desgaste abrasivo según ASTM G-65, y de metalografía para cada uno de los tres recubrimientos en estudio. Se obtuvieron resultados favorables pues con bajas concentraciones de ferrovanadio, la resistencia al desgaste y la dureza obtenida en los recargues es muy similar a la que obtuvieron otros investigadores con altas concentraciones de ferrovanadio. Asimismo, las microestructura para todos los casos fue la de una matriz de austenita retenida con colonias de martensita, lo que evidencia una correlación con las propiedades mecánicas evaluadas. / 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

No description available.

The presented work demonstrates the process of designing a cheap, low cost three axis force sensor. Further it describes its integration in an array of multiple sensors to measure the distribution of forces acting on the sole of a prosthetic foot. The focus will be on easy manufacturing and common materials since the sensor will be integrated in a low cost prosthesis for lower limp amputees. Using the knowledge from bio mechanics and some basic assumptions for the later use, requirements for the project are derived. After a presentation of some state of the art sensor principles, suitable concepts are collected. Than, the concepts are compared using a comparison table to find the one the fits the requirements the best. A very compelling concept using barometers casted in silicone rubber is tested using a simple prototype to try out whether it is a good candidate or not. The tests show that the concept is capable of measuring forces but due to its disadvantageous susceptibility for temperature changes it is rejected for the further development process. The concepts are reevaluated and a new concept is chosen. Afterwards the design process is described. Beginning with the mechanical design explaining the working principle. The calculation of the dimensions is presented. After that a circuit to work with a capacitive measurement as well as a version for resitive measurement is developed and a layout for a prototype board using capacitive measurement is proposed. To prove the functionality, the capacitive system is built up as a prototype. To try the measurement behavior and to measure its repeatability a test stand is designed. It uses commercial available load cells to conduct a reference measurement. The output of the sensor is compared to the reference measurement. With various different test procedures the curves mapping the measured values to the force for normal and shear force measurement are determined. During the tests, different aspects of performance like creep behavior or hysteresis are investigated. Also the repeatability is measured various times under different loads to make reliable estimations of the precision of the measurement. Further on, a resistive force sensor which could be used instead of the capacitive sensing elements is tested regarding its curve and performance to have a comparison of the advantages and disadvantages of either designing the future sensor with resistive or capacitive sensing elements. With both concepts a repeatability of a few percent uncertainty can be achieved. Further on ways to improve future versions of the sensor are described based on the experiences made during the work with the prototype. Finally a possible way to integrate multiple sensors into a sensing array is proposed. The design as well as possible electrics to acquire the data are discussed. This way a solid basis for further developments of a sensing array measuring the force distribution is given. / Die vorgestellte Arbeit zeigt den Prozess der Konstruktion eines preiswerten, kostengünstigen Dreiachs-Kraftsensors. Weiterhin wird eine Integration der Sensoren in ein Array, zur Messung der Verteilung von Kräften auf der Fußsohle besprochen. Der Schwerpunkt soll dabei auf einer einfachen und günstigen Herstellung, sowie der Verwendung handelsüblicher Materialien liegen, da der Sensor in ein kostengünstiges Prothesenkonzept integriert werden soll. Ausgehend von den Erkenntnissen der Biomechanik und einigen grundlegenden Annahmen für die Nutzung des Sensors, werden verschiedene Anforderungen abgeleitet. Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand einiger aktueller Forschungsarbeiten und Sensorprinzipien vorgestellt. Daraufhin werden geeignete Konzepte gesammelt, die zur Entwicklung des Sensors eingesetzt werden können. Anschließend werden die Konzepte anhand einer Vergleichstabelle verglichen, um das bestgeeignetste Konzept zu finden. Eine sehr überzeugende Variante, bei der Barometerchips in Silikon eingegossen werden, wird mit einem einfachen Prototyp getestet, um herauszufinden, ob es sich um einen guten Kandidaten für die weitere Entwicklung handelt, oder nicht. Die Versuche zeigen, dass der Prototyp in der Lage ist, Kräfte zu messen, jedoch zeigt sich eine große Anfälligkeit für Temperaturschwankungen. Das Konzept wird deshalb nicht weiter verfolgt. Die Konzepte werden neu bewertet und anschließend ein Neues ausgewählt. Daraufhin wird der Entwurfsprozess beschrieben. Das Funktionsprinzip und die Auslegung der Abmessungen werden erläutert. Anschließend wird eine Schaltung zum Arbeiten mit einer kapazitiven Messung, sowie eine Schaltung für eine resitive Messung entwickelt und ein Layout für eine Platine zur kapazitiven Kraftmessung vorgeschlagen. Zum Nachweis der Funktionalität wird das kapazitive System als Prototyp aufgebaut. Um das Messverhalten zu testen und seine Wiederholbarkeit nachzuweisen, wird ein Prüfstand entworfen. Zur Durchführung einer Referenzmessung werden handelsübliche Wägezellen verwendet. Der Ausgang des Sensors wird mit der Referenzmessung verglichen. Mit verschiedenen Prüfverfahren werden die Kurven bestimmt, die die Messwerte der Normalund Querkraft zuordnen. Während des Tests werden verschiedene Leistungsaspekte wie Kriechverhalten oder Hysterese untersucht. Auch die Wiederholbarkeit wird mehrmals unter verschiedenen Belastungen gemessen, um zuverlässige Schätzungen der Genauigkeit der Messung vorzunehmen. Weiterhin wird ein resistiver Kraftsensor, der anstelle der kapazitiven Sensorelemente verwendet werden könnte, hinsichtlich seiner Kurve und Leistung getestet, um einen Vergleich der Vor- und Nachteile der Konstruktion des zukünftigen Sensors mit resistiven oder kapazitiven Sensorelementen zu erhalten. Mit beiden Konzepten kann eine gute Wiederholgenauigkeit mit nur wenigen Prozent Unsicherheit erreicht werden. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Verbesserung der zukünftigen Version des Sensors auf Grundlage der gesammelten Erfahrungen beschrieben. Schließlich wird ein möglicher Weg zur Integration mehrerer Sensoren in eine Sensoranordnung vorgeschlagen. Das Design, sowie die mögliche Elektrik zur Erfassung der Daten werden diskutiert. Damit wird eine solide Grundlage für die Weiterentwicklung einer Sensoranordnung zur Messung der Kraftverteilung geschaffen. / 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

El objeto de estudio de esta tesis son los sistemas \termo-mec anicos", sistemas que admiten una descripci on termodin amica y una mec anica, en primera instancia, luego de introducir un contexto adecuado, se procede a introducir estos sistemas en un lenguaje físico v a la descripci on, pensando en experimentos plausibles, de ejemplos elementales que involucran fen omenos disipativos. Luego se proceder a a plantear las ecuaciones de evoluci on temporal, de los observables involucrados, a partir de un principio variacional, desde la perspectiva de los sistemas no-hol onomos generalizados (SNHG). En los últimos tres capítulos, se continua con la descripción de dichos sistemas, ahora en el contexto de la geometría simpléctica y de contacto, describiendo la parte mecánica y termodinámica respectivamente. Mostraremos los ejemplos ya presentados bajo estas dos perspectivas geométricas para finalmente optar por un formalismo simpléctico que unifica ambas descripciones. / The object of study in this thesis are \thermo-mechanical" systems, systems which admits a thermodynamical and a mechanical description. At the beginning, after setting the convenient context, we will proceed to introduce these systems in a physical language, via the description of elementary examples that takes into account dissipative phenomena, also experimentally factible. Then the equations of temporal evolution of the observables will be written, considering a variational principle from the perspective of the generalized non-holonomic systems (GNHS). In the last three chapters we will continue with the description of these systems, now in the context of symplectic and contact geometry, describing the mechanic and thermodynamic parts respectively. The already seen examples will be shown under both geometric perspectives. Finally, a symplectic view will be kept for a unified description

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