En el presente proyecto se desarrolló el diseño de un sistema de suspensión y control del desplazamiento vertical humano, complementando así al exoesqueleto de rehabilitación de miembros inferiores desarrollado en la PUCP. El sistema está enfocado a pacientes con discapacidad motora en las extremidades inferiores, debido a lesiones medulares o enfermedades neurodegenerativas. Se contempló un breve análisis biomecánico de la marcha humana, se consideran factores como desplazamientos, velocidad, aceleración y fuerza en el paciente con trastorno de marcha para su interacción con el sistema a diseñar. El diseño del sistema se basó en la metodología de la norma VDI 2221, en donde este es seleccionado en base a un concepto de solución para lo cual se hizo un análisis técnico y económico de una serie de alternativas que se plantearon. Así mismo, se desarrollan los cálculos respectivos que respalden el diseño del sistema mencionado, haciendo énfasis en el ámbito mecánico, realizando un analizando las cargas que actúan sobre los componentes mecánicos durante la marcha del paciente. De igual forma se seleccionaron los componentes electrónicos en base a los cálculos obtenidos en el análisis mecánico, con lo que permite su interacción con el sistema de control. El sistema presentado se compone principalmente de un arnés de seguridad y una cuerda que sujeta al paciente, cuyo peso no exceda de los 125 kilogramos, que, mediante un controlador, sensores, y actuadores, realiza de manera óptima el control del desplazamiento vertical del centro de gravedad, a una velocidad máxima de 5 cm/s, del usuario durante el proceso de marcha, corrigiendo su trayectoria a una cercana a la de una persona sana. A su vez, el sistema soporta el propio peso del paciente, con lo que le permite realizar otros tipos de movimientos asistidos dirigidos por el terapeuta, haciendo más eficiente el proceso de rehabilitación. El costo estimado del sistema es de aproximadamente S/. 21,000.00 el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. Adicionalmente se presentan una serie de observaciones y recomendaciones para la optimización del sistema diseñado.

El movimiento humano es un elemento importante en el estudio de la biología humana debido a ser una propiedad básica de la vida. Este resulta aún más importante en aspectos colectivos como el deporte, la salud, la educación física, la danza, la rehabilitación, entre otros. Especial atención requiere la rehabilitación donde, a través del análisis de marcha, el fisiatra observa y estudia el desempeño de los pacientes a lo largo de diversas sesiones que realizan, con el fin de ver la evolución de los mismos. Sin embargo, capturar y realizar seguimiento al movimiento humano de manera computacional es una tarea compleja con alternativas costosas. Asimismo, los centros de rehabilitación de Lima no cuentan con la tecnología apropiada y existe, por parte de las personas, una negación al cambio que complica la inclusión de la misma. Debido a esto, el presente proyecto presenta una herramienta de bajo costo que permite registrar y representar el movimiento humano en 3D para apoyar a las terapias de rehabilitación de la marcha. El registro puede ser almacenado de forma permanente con el fin de mantener un histórico y realizar nuevos análisis en el tiempo. El dispositivo usado (Kinect) se mostró adecuado para la captura de la información útil con un margen de error aceptable que, dependiendo del entorno de captura, éste puede ser controlado. En el trabajo se consiguió detectar el patrón de marcha de los ángulos de flexión de la rodilla, lo cual permitió comparar diferentes situaciones de caminata y calcular medidas como distancia de paso, velocidad del movimiento de la persona, porcentaje de datos dentro del rango de referencia de una caminata normal (medidas de los ángulos de flexión), de esta manera se consigue determinar el nivel de normalidad de un ciclo de paso. Finalmente se desarrolló un prototipo de visualización 3D que permite manipular el entorno y tener diferentes vistas del movimiento del paciente. Este puede ser reutilizado para crear un ambiente más completo de análisis que comprenda otros tipos de movimientos (además de la rodilla), soportar un mayor número de fuentes de diferentes ángulos (múltiples Kinect), Kinect en movimiento que permita realizar un seguimiento de la marcha en un mayor espacio, entre otros. Todo lo anterior mencionado serviría de base para la constitución de un laboratorio de rehabilitación basado en realidad virtual.

El objeto de estudio de la presente tesis es el desarrollo de un prototipo de equipo biomédico terapéutico de regeneración de tejido óseo, el cual genera un campo magnético pulsado en tres dimensiones de extrema baja frecuencia. El prototipo es de naturaleza no invasiva y está conformado por un circuito electrónico generador de pulso, que será amplificado por una fuente de potencia de 1500 W. El pulso eléctrico de potencia alimentará a 3 pares de bobinas de Helmholtz en disposición triaxial. Estas bobinas producirán un campo magnético uniforme cruzado sobre un volumen definido que interaccionará con la fractura para conseguir la regeneración de tejido óseo. El aporte y la innovación del equipo radica en que produce un campo magnético uniforme cruzado en tres dimensiones, mejorando la terapia considerablemente ya que el campo magnético se distribuirá e interaccionará en todo el volumen del hueso fracturado. Para la construcción, primero se revisó la bibliografía y se estudiaron las diferentes disposiciones de cómo se genera el campo magnético, la forma del pulso, la frecuencia y las normas que regulan el uso de la magnetoterapia. En segunda instancia se desarrolló el modelo matemático del comportamiento del campo magnético, se encontraron las ecuaciones que rigen el campo magnético en las bobinas de Helmholtz, y a partir de dicha ecuación se determinó el error de la homogeneidad del campo magnético. Luego se simuló el comportamiento del campo magnético en todo el volumen que separa a las dos bobinas de Helmholtz, es decir la parte donde el paciente recibirá el campo magnético como terapia. Como parte de este trabajo de investigación se construyeron los tres pares de las bobinas de Helmholtz, previamente se hizo un estudio y simulación de la disposición triaxial de las bobinas con el software Solid Work. Teniendo el tamaño de las bobinas se procedió a determinar el ancho y espesor del carril para tener finalmente los planos de construcción. Tres masas de aluminio se llevaron al horno de fundición, luego se tornearon de acuerdo a los planos. A partir del radio de las bobinas se determinó el número de vueltas de cable eléctrico esmaltado para cada bobina. El modulador de ancho de pulso PWM con un rango de ajuste de frecuencia de 1 Hz a 100 kHz y la fuente eléctrica conmutada (switching) de 1500 W de potencia, se conectaron a un transistor de potencia para amplificar la potencia del pulso. Con el campo magnético estacionario se estudió la homogeneidad del campo en cada bobina de Helmholtz, conocida la homogeneidad del campo magnético en los tres pares de las bobinas se realizaron estudios en disposición triaxial de la homogeneidad del campo magnético sobre la cabeza de un fémur, de un fantoma de acrílico relleno con agua y en el plastinado de una pierna con la finalidad de estudiar el comportamiento del campo sobre un tejido humano y con las características de éste. Finalmente procesamos los datos con el software Matlab para evaluar la homogeneidad del campo magnético. Este trabajo de tesis fue apoyado en su inicio por el Programa de Apoyo a la Iniciación en la Investigación (PAIN) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), y para su culminación por el programa Yachayninchis Wiñarinanpaq, en el marco del convenio específico de cooperación interinstitucional entre el Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica (CONCYTEC) y la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco (UNSAAC).

En el presente trabajo de investigación se realizó el diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual por medio de un módulo joystick y conducción remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas por medio de un asiento extraíble, ubicando la silla sobre el inodoro. En este documento se presentan los antecedentes del Trabajo de Investigación de Manrique (Manrique, 2022) sobre el concepto de solución de la silla de ruedas teleoperada basada en la metodología “Design Methodology for Mechatronic Systems”, propuesta por la Profesora Karol Muñoz, el Ingeniero Víctor De Negri y el Magíster Vinícius Vígolo (De Negri, 2021). Bajo esta premisa, se desarrolló el subsistema mecánico de la silla con el modelamiento en 3D de los componentes mecánicos con su respectivo análisis dimensiona de esfuerzos y deformación para corroborar la admisibilidad mecánica de la estructura de la silla. Además, se realizó la selección de los componentes de actuación. Posteriormente, se desarrolló el subsistema eléctrico/electrónico y de control de la silla, donde se continuó con la selección de los componentes electrónicos (sensores, comunicación Wifi, controlador y fuente de energía) y sus respectivos diagramas esquemáticos. Luego, se diseñó el diagrama de flujo y lógica de funcionamiento de la silla, así como el diseño de la interfaz manual y remota de la silla a través de un prototipo de una aplicación móvil. Finalmente, se presenta el dispositivo general, planos mecánicos de ensamble y despiece, así como los planos de estimación de costos de fabricación.

La rigidez en el codo puede provenir de lesiones traumáticas y luxaciones, para su tratamiento se realizan diferentes tipos de terapias y ejercicios que paulatinamente van aumento el rango de movimiento, en cada sesión es importante medir el progreso del paciente debido a que, si se terminan las terapias sin lograr un rango completo de movimiento, las posibilidades de tener contracturas al flexionar el codo aumentan. Es por esa razón, que en la presente tesis se ha desarrollado un electrogoniómetro para medir los ángulos de flexo-extensión y prono-supinación del codo. Una de las características más importantes es que permite obtener valores con una precisión de +- 1°, y adicionalmente al tener un dispositivo que permite almacenar los valores leídos, se puede usar en el área de la ciencia para realizar estudios en las acciones que se realizan en los diferentes deportes y así poder evitar lesiones. El diseño fue realizado utilizando las metodologías según las normas VDI 2206 y VDI 2221, para ello se realizó un estudio de la problemática actual referente al uso del goniómetro universal, y además se compararon las diferentes tecnologías que existen para medir ángulos. A partir de la información obtenida se obtuvieron diferentes conceptos de solución, en el cual el ganador fue escogido a través una evaluación técnica-económica. En el diseño final se realizaron una serie de consideraciones como la selección de componentes, los materiales a usar, el dimensionamiento de las piezas que protegerán los componentes internos, entre otros, estas consideraciones permitieron llegar al diseño propuesto. Finalmente, se realizó una estimación de los costos involucrados en el desarrollo del dispositivo, se consideró los costos de manufactura, ensamblado, y para las piezas se consideró el costo de importación, sumando cada uno de los subtotales se obtiene que el costo estimado del dispositivo es de S/. 800.00 aproximadamente.

En el presente trabajo se ha realizado el diseño de un dispositivo de rehabilitación portátil de codo para personas de 1.50 a 1.75 m, con un peso máximo de 80 kg. que padezcan de epicondilitis lateral que hayan concluido con el proceso inflamatorio de la zona afectada. Este dispositivo cuenta con dos terapias pasivas de codo y antebrazo, y una terapia activa de muñeca donde el paciente controla el movimiento. Se cuenta con sensores de carga permiten realizar estimaciones a un microcontrolador maestro para monitorear la fuerza de apriete ejercida por el paciente y el torque que realiza su muñeca. Los resultados obtenidos de fuerza y torque, permiten visualizar cómo el usuario se recupera de la lesión y fortalece la zona previamente afectada teniendo como resultado una menor probabilidad de recaer en esta afección de codo. El dispositivo se sujeta al miembro afectado del paciente mediante correas de uso médico de nylon y franela evitando la irritación en la piel de los pacientes. Así mismo, el deslizamiento de los cilindros de extensión permite regular la posición del apoyo de antebrazo. La velocidad y rangos de movimiento son ingresados a través de la pantalla táctil, y esta misma permitirá la visualización del progreso del paciente. Utilizando la metodología VDI 2221 de la Norma Alemana se realizó el estado del arte, que incluye los conceptos anatómicos para comprender la zona afectada y la lesión, así como el estudio de dispositivos existentes en el mercado, patentes y proyectos. Con la información obtenida se detallaron los requerimientos del dispositivo y se plantearon los conceptos de solución para obtener el proyecto preliminar. Posteriormente, con el estudio del ámbito mecánico, eléctrico-electrónico y de control, se seleccionaron y diseñaron los componentes necesarios. Finalmente se integra el sistema, se crea la lista de planos y se realiza una estimación de costos de diseño y fabricación del dispositivo.