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

[ES] El aumento de la esperanza de vida y la inversión de la pirámide poblacional plantean un desafío al sector sanitario debido al incremento de lesiones articulares y cirugías reconstructivas per cápita. Esto aumenta la demanda de personal rehabilitador en una sociedad con menos población activa. La robotización de las terapias puede aliviar esta presión al automatizar los ejercicios repetitivos. Además, el uso de tecnologías como los modelos músculo-esqueléticos mejoran las terapias, acortando los tiempos de recuperación y optimizan los resultados. La aplicación de modelos músculo-esqueléticos en robots de rehabilitación garantiza la seguridad del paciente al limitar las fuerzas excesivas y evitar posiciones peligrosas. Al mismo tiempo, brinda información adicional al personal rehabilitador para un seguimiento más preciso y personalizado de las terapias a los pacientes. Sin embargo, estos modelos son costosos computacionalmente, lo que dificulta su implementación en el control de robots. En el proyecto en el cual se integra esta tesis, se ha establecido el objetivo de construir un robot de rehabilitación que integre un modelo músculo-esquelético capaz de calcular en tiempo real las fuerzas musculares y articulares. Conocer las fuerzas garantiza la seguridad del paciente, proporciona información sobre las fuerzas durante los ejercicios y optimiza las terapias. Además, a partir del modelo músculo-esquelético se busca desarrollar nuevas herramientas para personalizar los ejercicios y mejorar los resultados. El modelo del miembro inferior, con seis grados de libertad, se ha simplificado para garantizar el cálculo en tiempo real. Se ha utilizado el concepto de grado de libertad funcional para predecir las relaciones entre los grados de libertad en un ejercicio concreto, reduciendo la carga computacional y permitiendo su uso en tiempo real durante los ejercicios de rehabilitación. El modelo consta de tres grados de libertad para la cadera, simulando una junta esférica, modelada como tres pares de revolución perpendiculares entre sí, uno para la rodilla, modelada como un mecanismo de cuatro barras, que simula el movimiento relativo entre el fémur y la tibia, y dos grados de libertad para el tobillo. Se calcula el centro de giro de la cadera y los parámetros del mecanismo de cuatro barras mediante ejercicios de calibración articular para lograr una mayor personalización del modelo. El tobillo se ha modelado empleando los datos de Klein Horsman debido a su dificultad de calibración. Del mismo trabajo se han tomado los parámetros musculares, los cuales se han simplificado para reducir el coste computacional. Se calculan las tensiones musculares mediante las condiciones de Karush-Kuhn-Tucker, minimizando el sumatorio cuadrático de las tensiones de los músculos. El modelo se ha validado y verificado siguiendo las recomendaciones de buenas prácticas de Hicks. Se han comparado los resultados del presente modelo con otro similar generado en AnyBody y con los datos empíricos del ``Grand Challenge", se ha analizado la solidez del modelo frente a las simplificaciones realizadas y los errores de los datos de entrada. Según los resultados obtenidos, el modelo músculo-esquelético es lo suficientemente preciso para ser utilizado en un robot de rehabilitación, garantizando la seguridad de los pacientes y prediciendo la activación muscular. Por último, se han desarrollado dos nuevas herramientas utilizando el modelo actual. La primera estima la Máxima Contracción Voluntaria del sujeto proyectando las fuerzas musculares al efector final del robot. La segunda herramienta calcula la fuerza externa necesaria para garantizar una fuerza muscular específica. Empleando ambas herramientas se logra una mayor personalización de las terapias de rehabilitación, mejorando el proceso. Ambas herramientas han sido probadas empleando el robot de rehabilitación. / [CA] L'augment de l'esperança de vida i la inversió de la piràmide poblacional plantegen un desafiament al sector sanitari a causa de l'increment de lesions articulars i cirurgies reconstructives. Això augmenta la demanda de personal rehabilitador en una societat amb menys població activa. La robotització de les teràpies pot alleujar aquesta pressió a l'autoritzar els exercisses repetitius. A més, l'ús de tecnologies com els models múscul-esquelètics milloren les teràpies, acurtant els temps de recuperació i optimitzant els resultats. L'aplicació de models múscul-esquelètics en robots de rehabilitació garanteix la seguretat del pacient en limitar les forces excessives i evitar posicions perilloses. Al mateix temps, ofereix informació addicional al personal rehabilitador per a un seguiment més precís i personalitzat de les teràpies als pacients. No obstant això, aquests models són costosos computacionalment, el que dificulta la seua implementació en el control de robots. En el projecte en el qual s'integra aquesta tesi, s'ha establit l'objectiu de construir un robot de rehabilitació que integre un model múscul-esquelètic capaç de calcular en temps real les forces musculars i articulars. Conéixer les forces garanteix la seguretat del pacient, proporcionant informació sobre les forces durant els exercicis i optimitza les teràpies. A més, a partir del model múscul-esquelètic es busca desenvolupar noves ferramentes per a personalitzar els exercicis millorar els resultats. El model del membre inferior, amb sis graus de llibertat, s'ha simplificat per garantir el càlcul en temps real. S'ha utilitzat el concepte de grau de llibertat funcional per a predir les relacions entre els graus de llibertat d'un exercici concret, reduint la càrrega computacional i permitent el seu ús en temps real durant els exercisses de rehabilitació. El model consta de tres graus de llibertat per al maluc, simulant una junta esfèrica, modelant com tres parells de revolucions perpendiculars entre si, un per al genoll, modelat com un mecanisme de quatre barres, què simula el moviment relatiu entre el fèmur i la tíbia, i dos graus de llibertat per al turmell. Es calcula el centre de gir del maluc i els paràmetres del mecanisme de quatre barres mitjançant exercicis de calibratge articular per a aconseguir una major personalització del model. El turmell s'ha modelat emprant les dades de Klein Horsman a causa de la seua dificultat de calibració. Del mateix treball s'han pres els paràmetres musculars, els quals s'han simplificat per a reduir el cost computacional. S'ha calculat les tensions musculars mitjançant les condicions de Karush-Kuhn-Tucker, minimitzant el sumatori quadràtic de les tensions musculars. El model s'ha validat i verificat seguint les recomanacions de bones pràctiques d'Hicks. S'ha comparat els resultats del present model amb altre similar generat en AnyBody i amb les dades empíriques del ''Grand Challenge", s'ha analitzat la solidesa del model enfront de les simplificacions realitzades i els errors de les dades d'entrada. Segons els resultats obtinguts, el model múscul-esquelètic és prou precís per a ser utilitzat en un robot de rehabilitació, garantint la seguretat dels pacients i predient l'activació muscular. En últim lloc, s'han desenvolupat dues noves ferramentes utilitzant el model actual. La primera estima la Màxima Contracció Voluntària del subjecte projectant les forces musculars a l'efector final del robot. La segona ferramenta calcula la força externa necessària per a garantir una força muscular específica. Emprant totes dues eines s'aconsegueix una major personalització de les teràpies de rehabilitació, millorant el procés. Totes dues ferramentes han sigut provades fent servir el robot de rehabilitació. / [EN] Increasing life expectancy and the inversion of the population pyramid pose a challenge to the healthcare sector due to the rise in joint injuries and reconstructive surgeries per capita. This increases the demand for rehabilitation personnel in a society with a smaller active population. The robotization of therapies can alleviate this pressure by automating repetitive exercises. Furthermore, the use of technologies like musculoskeletal models enhances therapies, reducing recovery times, and optimizing outcomes. The application of musculoskeletal models in rehabilitation robots ensures patient safety by limiting excessive forces and avoiding dangerous positions. At the same time, it provides additional information to rehabilitation personnel for more precise and personalized monitoring of patient therapies. However, these models have a high computational cost, which makes their implementation in robot control challenging. In the project that integrates this thesis, the objective has been set to build a rehabilitation robot that incorporates a musculoskeletal model capable of real-time calculation of muscular and joint forces. Understanding these forces ensures patient safety, provides information about forces during exercises, and optimizes therapies. Additionally, based on the musculoskeletal model, new tools are being developed to personalize exercises and improve results. The lower limb model, with six degrees of freedom, has been simplified to enable real-time calculation. The concept of functional degrees of freedom has been used to predict the relationships between degrees of freedom in a specific exercise, reducing the computational burden and enabling real-time use during rehabilitation exercises. The model consists of three degrees of freedom for the hip, simulating a spherical joint, modeled as three sets of perpendicular revolute pairs, one for the knee, modeled as a four-bar mechanism, that simulates the relative movement between the femur and the tibia, and two degrees of freedom for the ankle. The hip's pivot center and the parameters of the four-bar mechanism have been calculated through joint calibration exercises to achieve a higher level of model personalization. The ankle has been modeled using Klein Horsman's data due to its calibration complexity. Muscle parameters from the same work have been taken and simplified to reduce computational costs. Muscle tensions are calculated using the Karush-Kuhn-Tucker conditions, minimizing the squared sum of muscle tensions. The model has been validated and verified following Hicks' best practices recommendations. The results of this model have been compared with a similar one generated in AnyBody and with empirical data from the ``Grand Challenge". The model's robustness against the made simplifications and input data errors has been analyzed. According to the obtained results, the musculoskeletal model is accurate enough to be used in a rehabilitation robot, ensuring patient safety and predicting muscle activation. Finally, two new tools have been developed using the current model. The first one estimates the Maximum Voluntary Contraction of the subject by projecting muscular forces to the robot's end effector. The second tool calculates the external force required to achieve a specific muscular force. By employing both tools, greater personalization of rehabilitation therapies is achieved, improving the process. Both tools have been tested using the rehabilitation robot. / Esta tesis y la investigación realizada han sido financiadas por la Agencia Estatal de Investigación con los proyectos “Integración de modelos biomecánicos en el desarrollo y operación de robots rehabilitadores reconfigurables” (DPI2017-84201-R-AR) y “Sistema robótico paralelo con control basado en modelo músculo-esquelético para la monitorización y entrenamiento del sistema propioceptivo” (PID2021-125694OB-I00). El autor de la presente tesis recibió la beca de la Agencia Estatal de Investigación: Ayuda para contrato predoctoral para la formación de doctores Zamora Ortiz, Pau. (PRE2018-083847). Con la cual ha podido dedicarse a tiempo completo a la formación e investigación que ha dado como fruto esta tesis doctoral. / Zamora Ortiz, P. (2023). Modelo músculo-esquelético del miembro inferior para rehabilitación con robot paralelo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199483

[ES] Las neuropatías periféricas son patologías que deterioran los nervios situados fuera del sistema nervioso central y que afectan significativamente las funciones sensoriomotoras. Existen varias alternativas terapéuticas, entre ellas las órtesis. Estos dispositivos se encargan de proteger la musculatura, corregir alteraciones y asistir la función de la extremidad afectada. Su efectividad está demostrada; sin embargo, depende directamente del adecuado cumplimiento del protocolo de uso. El objetivo principal de esta tesis fue identificar los criterios ergonómicos aplicables al desarrollo de órtesis que incrementen la adherencia al tratamiento en pacientes con neuropatías radial, cubital y mediana. Con este fin, se evaluó la posibilidad de optimizar las propiedades terapéuticas a partir de la inclusión de agentes electrofísicos en el dispositivo. Para ello, se llevó a cabo una revisión sistemática y metaanálisis de la evidencia disponible en los en los últimos cuarenta años en torno a la efectividad de las principales modalidades aplicadas. Se determinó que algunas modalidades cuando se aplican conjuntamente a una órtesis se ven favorecidas. No obstante, ninguno de los resultados de la revisión puede considerarse clínicamente significativos. Posteriormente, se planteó un protocolo de co-creación que incluyó las principales fases de un proceso de diseño con la participación de usuarios de órtesis. La primera fase, Perspectiva de Usuarios, contó con 100 sujetos con neuropatías periféricas. Se obtuvo información tanto para la identificación de necesidades y preferencias como para la clasificación de los aspectos que intervienen en la adherencia. Se emplearon modelos lineales y no lineales, como el modelo de Kano. Se encontró que este modelo permite una identificación más precisa acerca de qué atributos tienen más importancia y del grado de influencia de éstos en la adherencia. Asimismo, se comprobó que la satisfacción es una medida indirecta de la importancia y constituye un adecuado predictor de la adherencia a órtesis. Por el contrario, la importancia explícita no cuenta con la misma fiabilidad. La segunda fase, Diseño Participativo, incluyó a 9 personas voluntarias que evaluaron las propuestas de órtesis y brindaron recomendaciones de diseño. En la tercera fase, Modelado y Prototipado, se produjeron una serie de iteraciones de diseño, dando lugar a un nuevo desarrollo de órtesis. En la cuarta fase, Validación, se comprobó la funcionalidad y usabilidad de la órtesis con 11 sujetos sanos a través de un estudio con electromiografía de superficie. Con ello se demostró que la inclusión de un mecanismo deformable en el diseño del muelle articular permite una óptima asistencia motora en condiciones normales. Por último, en la fase de Desarrollo Final, se fabricó un prototipo funcional de órtesis radial teniendo en cuenta las oportunidades de mejora identificadas. / [CA] Les neuropaties perifèriques són patologies que deterioren els nervis situats fora del sistema nerviós central i que afecten significativament les funcions sensorimotrius. Hi ha diverses alternatives terapèutiques, entre elles les òrtesis. Aquests dispositius s'encarreguen de protegir la musculatura, corregir alteracions i assistir la funció de l'extremitat afectada. La seva efectivitat està demostrada; no obstant això, depèn directament del correcte compliment del protocol d'ús. L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser identificar els criteris ergonòmics aplicables al desenvolupament d'ortesis que incrementen l'adherència al tractament en pacients amb neuropaties radial, cubital i mitjana. Amb aquest fi, es va avaluar la possibilitat d'optimitzar les propietats terapèutiques a partir de la inclusió d'agents electrofísics en el dispositiu. Per a això, es va dur a terme una revisió sistemàtica i metaanàlisi de l'evidència disponible en els últims 40 anys entorn de l'efectivitat de les principals modalitats aplicades. Es va determinar que algunes modalitats, quan s'apliquen conjuntament a una òrtesi, es veuen beneficiades. No obstant això, cap dels resultats de la revisió va ser clínicament significatiu. Posteriorment, es va plantejar un protocol de co-creació que va incloure les principals fases d'un procés de disseny amb la participació d'usuaris d'ortesis. La primera fase, Perspectiva d'Usuaris, va comptar amb 100 subjectes amb neuropaties perifèriques. Es va obtenir informació tant per a la identificació de necessitats i preferències com per a la classificació dels aspectes que intervenen en l'adherència. Es van emprar models lineals i no lineals, com el model de Kano. Es va trobar que aquest model permet una identificació més precisa sobre quins atributs tenen més importància i el grau d'influència d'aquests en l'adherència. Així mateix, es va comprovar que la satisfacció és una mesura indirecta de la importància i constitueix un predictor adequat de l'adherència a ortesis. Per contra, la importància explícita no compta amb la mateixa fiabilitat. La segona fase, Disseny Participatiu, va incloure 9 persones voluntàries que van avaluar les propostes d'ortesis i van donar recomanacions de disseny. En la tercera fase, Modelatge i Prototipatge, es van produir una sèrie d'iteracions de disseny, donant lloc a un nou desenvolupament d'òrtesis. En la quarta fase, Validació, es va comprovar la funcionalitat i usabilitat de l'òrtesi amb 11 subjectes sans mitjançant un estudi amb electromiografia de superfície. Amb això es va demostrar que la inclusió d'un mecanisme deformable en el disseny del moll articular permet una òptima assistència motora en condicions normals. Finalment, en la fase de Desenvolupament Final, es va fabricar un prototip funcional d'òrtesi radial tenint en compte les oportunitats de millora identificades. / [EN] Peripheral neuropathies are pathologies that deteriorate the nerves located outside the central nervous system and significantly affect sensorimotor functions. There are several therapeutic alternatives, including orthoses. These devices are responsible for protecting the musculature, correcting alterations, and assisting the function of the affected limb. Their effectiveness has been demonstrated. However, it depends directly on proper compliance with the usage protocol. The main objective of this thesis was to identify ergonomic criteria applicable to the development of orthoses that increase treatment adherence in patients with radial, ulnar, and median neuropathies. To this end, the possibility of optimizing therapeutic properties by including electrophysical agents in the device was evaluated. To achieve this, a systematic review and meta-analysis of the available evidence in the last 40 years regarding the effectiveness of the primary applied modalities. It was determined that some modalities are favored when used in conjunction with an orthosis. Nevertheless, none of the review results were clinically significant. Subsequently, a co-creation protocol was proposed, involving the main phases of a design process with the participation of orthosis users. The first phase, User Perspective, involved 100 subjects with peripheral neuropathies. Information was obtained for the identification of needs and preferences, as well as for the classification of aspects involved in adherence. Linear and non-linear models, such as the Kano model, were employed. It was found that this model allows a more precise identification of which attributes are more important and their influence on adherence. Additionally, it was verified that satisfaction is an indirect measure of importance and constitutes an adequate predictor of orthosis adherence. In contrast, explicit importance is not a reliable indicator. The second phase, Participatory Design, included nine voluntary individuals who evaluated orthosis proposals and provided design recommendations. In the third phase, Modeling and Prototyping, a series of design iterations were carried out, resulting in a new orthosis development. The fourth phase, Validation, tested the functionality and usability of the orthosis with 11 healthy subjects through a study with surface electromyography. It was demonstrated that including a deformable mechanism in the joint spring design allows optimal motor assistance under normal conditions. Finally, in the Final Development phase, a functional prototype of the radial orthosis was manufactured, considering the identified opportunities for improvement. / Bula Oyola, EL. (2023). Factores ergonómicos en el diseño de órtesis de mano para rehabilitación sensoriomotora de neuropatías radial, cubital y mediana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199996

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.

La importancia del estudio de la estabilidad y de la marcha o caminar de una persona ha originado que se desarrollen diversas tecnologías para su análisis y evaluación clínica. Con el paso del tiempo, las técnicas y dispositivos empleados han ido mejorando a tal punto que hoy en día existen empresas y laboratorios que se dedican únicamente a su diseño y fabricación. Tanto la marcha como estabilidad presentan parámetros que permiten a los médicos especialistas conocer si un paciente presenta alteraciones en el sistema nervioso, alguna patología o identificar otros posibles factores. Con el empleo de herramientas existentes, estas alteraciones podrían ser detectadas de manera más rápida y adecuada; con ello, si es necesario, iniciar un tratamiento al paciente y realizar un control sobre cómo es que va evolucionando hasta que logre su recuperación; o en todo caso verificar si el tratamiento que sigue es el adecuado. Estas tecnologías han sido desarrolladas desde hace muchos años; sin embargo, en nuestro país son escasas las instituciones que cuentan con algunos de estos sistemas debido a los elevados costos que presentan. Por lo descrito anteriormente, el objetivo principal de la presente tesis es el diseño de una plataforma dinamométrica de bajo costo, la cual permitirá calcular la fuerza que ejerce una persona sobre la plataforma y así se obtenga información sobre algunos parámetros asociados a la marcha y estabilidad de una persona. La plataforma emplea galgas extensiométricas como sensores, los cuales requieren una etapa de acondicionamiento para que puedan ser procesados y luego se realicen los cálculos necesarios. Se muestran también los diseños planteados como solución; así como las pruebas que se realizaron con la plataforma para verificar su correcto funcionamiento.

El trabajo de la presente tesis estará enfocado en diseñar un simulador de marcha del tipo pie-plataforma móvil accionado por tres actuadores para que el niño de 6 a 12 años de edad se entrene en el gesto de caminar. Asimismo, se espera que con los resultados de este trabajo se facilite disponer constructivamente de un simulador de marcha como herramienta en la práctica terapéutica de rehabilitación de niños con discapacidades locomotoras en sus miembros inferiores.

En el presente trabajo se desarrolló un sistema de control diseñado para exoesqueletos de miembro superior, el cual acompaña el movimiento de un usuario sin emplear sensores dedicados a determinar la intención de su movimiento. El sistema de control compensa los efectos dinámicos y de fricción generados por el peso de los componentes del exoesqueleto y las extremidades del usuario, y el movimiento de este último al usar el exoesqueleto. Además, estima la intención de movimiento del usuario empleando los sensores de los actuadores del exoesqueleto. A partir de esta estimación, el exoesqueleto acompaña los movimientos del usuario, reduciendo el esfuerzo que éste realiza al mover sus extremidades superiores. El sistema de control desarrollado es adaptado para trabajar con componentes comunes y de menor precisión. Las pruebas experimentales, realizadas sobre un modelo conceptual fabricado, demuestran que el sistema de control compensa los efectos dinámicos y de fricción del sistema, estima la intención de movimiento del usuario y acompaña sus movimientos, reduciendo en un 73.2% el esfuerzo realizado por el usuario al mover el modelo conceptual. A partir de los resultados se determina la posibilidad de desarrollar un exoesqueleto más económico pues solo se emplea sensores de corriente y posición, y actuadores de baja precisión. / Tesis

Para comparar cuánto produce un trabajador peruano en contraste con el resto del mundo, se analizó el aporte al Producto Bruto Interno que un trabajador produce por hora. Los resultados son alarmantes, por más que Perú ha gozado de uno de los crecimientos más altos en los últimos años, sin embargo, el promedio del aporte por hora trabajada es de 14 dólares. El país que lidera la región de Sudamérica es Uruguay, con 37 dólares aportados al PBI por hora trabajada. Potencias como Estados Unidos y Alemania generan 79 y 75 dólares respectivamente. Luxemburgo con 109 dólares es el país que más gana por hora trabajada, ubicándose en el puesto 1° de la lista mundial de trabajadores productivos. El año 2015 por primera vez las personas empleadas en China superaron a Perú con 12 dólares por hora de aporte. Por supuesto que este es un estudio objetivo que no toma en consideración las desigualdades económicas, tecnológicas, educativas, culturales y sociales entre cada país. Un estadounidense en Perú producirá menos que en su país por las diferencias mencionadas anteriormente, pero es el trasfondo de lo que estas diferencias significan, aquellas que impulsan a observar que el Perú tiene un problema de producción nacional de forma generalizada. Existe entonces, una necesidad de mejorar los tiempos de productividad en las empresas peruanas. La presente tesis se enfocará un sistema que optimice la productividad en el sector industria. Se propone un wearable integrable en un sistema de monitoreo laboral que permita la identificación y localización del personal. El diseño contempla un recolector de energía corporal, que, mediante elementos piezoeléctricos, transforma la energía cinética de una persona al caminar en energía eléctrica. Este sistema de recarga autosuficiente elimina el proceso de recarga convencional, despreocupando al usuario de que algún día se vaya a acabar la batería. El presente trabajo muestra las investigaciones preliminares para dar una solución al monitoreo laboral de forma óptima y llega hasta el diseño completo del wearable, incluyendo la mecánica, electrónica y los algoritmos de procesamiento principales. Finalmente se muestran las conclusiones, recomendaciones para una siguiente iteración y en los anexos una reflexión personal del punto de vista bajo el que se concibió el presente trabajo.

In this thesis, using techniques related to component-based software engineering, a variety of advanced controllers for a parallel robot of 3 degrees of freedom have been developed in a modular way. A novel and a complete application based on all of the above has been implemented as well. Initially, a state of the art is developed both in the software component development and advanced control for parallel manipulators. Subsequently, a methodology for the development of dynamic controllers is presented, as well as more advanced controllers such as adaptive or hybrid. Finally, a complete application for the rehabilitation of lower limbs is developed. Through the previous proposed methodologies, it has been able to discuss problems regarding the implementation of controllers for robotic systems, being the main contributions of the Thesis: - Development of modular controllers. Through an appropriate design of the controllers, the possibility of implementing them in a modular way, following a series of guidelines related to the development of software based on components, is exhibited. Thanks to this, all the advantages that this entails (in real use case) such as reusability, robustness, dynamism and cost are demonstrated. - Design and implementation of advanced dynamic controllers. Based on the development of modular controllers, several controllers have been designed, implemented and verified experimentally in which the dynamics of the system affects the main control loop. In addition, a novel adaptive control has been implemented, able to approximate parameters that affect the dynamics of the system (which are unknown or variants in time) dynamically. - Design and implementation of hybrid controllers. By integrating a force sensor into the robotic system, a new hybrid force / position controller has been developed. This controller allows the modification, at run time, of the position reference, by including the force sensor in the control loop. - Application of the technologies developed for the creation of a complete and new application. From the numerous controllers developed and the integration between different frameworks, an application to perform numerous rehabilitation exercises is presented. Also, by means of the frameworks integration, the application can be done in remotely in a controlled way. / En la presente Tesis se emplean técnicas de la ingeniería del software basada en componentes, con el objetivo de desarrollar controladores avanzados para un robot paralelo de 3 grados de libertad, así como crear una novedosa aplicación partiendo de todo lo anterior. Inicialmente, se realiza un estado del arte tanto en el desarrollo de componentes software como en controladores avanzados para manipuladores paralelos. Posteriormente, se presenta la metodología utilizada para el desarrollo de controladores dinámicos, así como controladores más avanzados como los adaptativos o híbridos. Finalmente, se desarrolla una aplicación completa para la rehabilitación de miembros inferiores. Mediante las anteriores metodologías propuestas, se han podido tratar problemas referentes a la implementación de controladores para sistemas robóticos, siendo las siguientes las principales aportaciones de la Tesis: - Desarrollo de controladores modulares. Mediante un apropiado diseño de los controladores, se exhibe la posibilidad de implementarlos de forma modular, siguiendo una serie de pautas relacionadas con el desarrollo de software basado en componentes. Gracias a ello, se demuestran todas las ventajas que ello conlleva (en un caso de uso real) tales como la reusabilidad, robustez, dinamismo y coste. - Diseño e implementación de controladores dinámicos avanzados. Basándose en el desarrollo de controladores modulares, se han diseñado, implementado y comprobado experimentalmente diversos controladores en los que la dinámica del sistema afecta al bucle de control principal. Además, se ha implementado un novedoso control adaptativo, capaz de aproximar parámetros que afectan a la dinámica del sistema (los cuales son desconocidos o variantes en el tiempo) de forma dinámica. - Diseño e implementación de controladores híbridos. Mediante la integración de un sensor de fuerza en el sistema robótico, se ha conseguido desarrollar un novedoso controlador híbrido fuerza/posición. Este controlador permite la modificación, en tiempo de ejecución, de la referencia de posición, mediante la inclusión del sensor de fuerza en el bucle de control. -Aplicación de las tecnologías desarrolladas para la creación de una aplicación novedosa completa. A partir de los numerosos controladores desarrollados y la integración entre diferentes frameworks, se presenta una aplicación capaz de realizar numerosos ejercicios de rehabilitación, optando a la posibilidad de realizar los mismos de una manera controlada de forma teleoperada. / En la present Tesi s'empren tècniques de l'enginyeria del software basada en components, amb l'objectiu de desenvolupar controladors avançats per a un robot paral·lel de 3 graus de llibertat, així com la creació d'una nova aplicació partint de l'anterior. Inicialment, es realitza un estat de l'art tant en el desenvolupament de components programari com a controladors avançats per a manipuladors paral·lels. Posteriorment, es presenta la metodologia utilitzada per al desenvolupament de controladors dinàmics, així com controladors més avançats com els adaptatius o híbrids. Finalment, es desenvolupa una aplicació completa per a la rehabilitació de membres inferiors. Mitjançant les anteriors metodologies proposades, s'han pogut tractar problemes referents a la implementació de controladors per a sistemes robòtics, sent les següent les principals aportacions de la Tesi: - Desenvolupament de controladors modulars. Mitjançant un apropiat disseny dels controladors, s'exhibeix la possibilitat d'implementar-de forma modular, seguint una sèrie de pautes relacionades amb el desenvolupament de software basat en components. Gràcies a això, es demostren tots els avantatges que això comporta (en un cas d'ús real) com ara la reusabilitat, robustesa, dinamisme i cost. - Disseny i implementació de controladors dinàmics avançats. Basant-se en el desenvolupament de controladors modulars, s'han dissenyat, implementat i comprovat experimentalment, diversos controladors en què la dinàmica del sistema afecta el bucle de control principal. A més, s'ha implementat un nou control adaptatiu, capaç d'aproximar paràmetres que afecten la dinàmica del sistema (els quals són desconeguts o variants en el temps) de manera dinàmica. - Disseny i implementació de controladors híbrids. Mitjançant la integració d'un sensor de força en el sistema robòtic, s'ha aconseguit desenvolupar un nou controlador híbrid força / posició. Aquest controlador permet la modificació, en temps d'execució, de la referència, mitjançant la inclusió del sensor de força en el bucle de control. - Aplicació de les tecnologies desenvolupades per a la creació d'una aplicació innovadora completa. A partir dels nombrosos controladors desenvolupats i la integració entre diferents frameworks, es presenta una aplicació capaç de realitzar nombrosos exercicis de rehabilitació, optant a la possibilitat de realitzar els mateixos d'una manera controlada de forma teleoperada. / Cazalilla Morenas, JI. (2017). Diseño e implementación de un sistema de control de robots mediante la ingeniería del software basada en componentes. Aplicación a un robot paralelo de 3DOF [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86222 / TESIS

[ES] En esta Tesis Doctoral se plantea un nuevo modelado biomecánico del cuello para su aplicación en los campos de la valoración funcional y la ergonomía. Se ha realizado un estudio cinemático para describir los axoides asociados a los ejes instantáneos de rotación (EIR) del movimiento de la cabeza respecto del tórax, así como las variables cinemáticas (posiciones, velocidades y aceleraciones), que se describen como funciones continuas mediante técnicas de Análisis de Datos Funcionales (FDA). Se han analizado movimientos cíclicos continuos. El movimiento más reproducible es el de flexo-extensión. Para el análisis dinámico, se ha elaborado un modelo articular de dinámica inversa, que permite estimar las fuerzas, momentos a nivel de C7 y potencia desarrollada, a partir de la cinemática del movimiento y de las características inerciales del sistema cuello-cabeza, obtenidas a partir de estudios previos y ajustadas mediante un procedimiento de calibración. El modelo ha sido validado experimentalmente y se ha cuantificado su fiabilidad, que resulta suficiente para aplicaciones clínicas. Se han estudiado una muestra de sujetos sanos (n=45) con la finalidad de obtener una base de normalidad, analizar el efecto de características individuales (edad, sexo y características antropométricas), y una muestra de pacientes con dolor inespecífico de cuello (n=24), para analizar las diferencias asociados a la patología. Este es el primer estudio en el que se obtiene una representación continua del EIR y se realiza una descripción de la cinemática y dinámica usando funciones continuas mediante técnicas estadísticas de FDA. Los resultados muestran que los patrones cinemáticos y dinámicos están influidos por el sexo y por la longitud del cuello. Las mujeres presentan más movilidad que los hombres y una mayor longitud del cuello va asociada a movimientos más lentos. El efecto de la edad no es demasiado acusado en la muestra analizada, con edades inferiores a 50 años en la mayoría de casos. Las diferencias cinemáticas entre personas sanas y con dolor de cuello son muy claras, siendo mayores en las variables de posición y de aceleración que en los rangos, por lo que son éstas variables más adecuadas para definir protocolos de valoración biomecánica clínica. Desde el punto de vista dinámico, hay diferencias muy claras en las fuerzas y en la potencia desarrollada, aunque no tanto en el momento articular. Las diferencias en las variables funcionales son mucho más evidentes que en las correspondientes variables numéricas extraídas de éstas (rangos, valores máximos y mínimos). En definitiva, se demuestra que el registro de movimientos continuo y el uso conjunto de información cinemática y dinámica ofrece una visión más completa de los patrones biomecánicos de movimiento del cuello y puede mejorar los actuales sistemas de valoración funcional. / [CA] En aquesta tesi doctoral es planteja un nou modelatge biomecànic de el coll per la seva aplicació en els camps de la valoració funcional i l'ergonomia. S'ha realitzat un estudi cinemàtic per descriure els axoides associats als eixos instantanis de rotació (EIR) de el moviment del cap respecte de tòrax, així com les variables cinemàtiques (posicions, velocitats i acceleracions), que es descriuen com a funcions contínues mitjançant tècniques d'Anàlisi de Dades Funcionals (FDA). S'han analitzat moviments cíclics continus. El moviment més reproduïble és el de flexo-extensió. Per a l'anàlisi dinàmic, s'ha elaborat un model articular de dinàmica inversa, que permet estimar les forces, moments a nivell de C7 i potència desenvolupada, a partir de la cinemàtica de el moviment i de les característiques inercials de sistema coll-cap, obtingudes a partir d'estudis previs i ajustades mitjançant un procediment de calibratge. El model ha estat validat experimentalment i s'ha quantificat la seva fiabilitat, que resulta suficient per a aplicacions clíniques. S'han estudiat una mostra de subjectes sans (n = 45) amb la finalitat d'obtenir una base de normalitat, analitzar l'efecte de característiques individuals (edat, sexe i característiques antropomètriques), i una mostra de pacients amb dolor inespecífic de coll (n = 24), per analitzar les diferències associats a la patologia. Aquest és el primer estudi en el qual s'obté una representació contínua de l'AIR i es realitza una descripció de la cinemàtica i dinàmica usant funcions contínues mitjançant tècniques estadístiques de FDA. Els resultats mostren que els patrons cinemàtics i dinàmics estan influïts pel sexe i per la longitud de coll. Les dones presenten més mobilitat que els homes i una major longitud de coll va associada a moviments més lents. L'efecte de l'edat no és massa acusat en la mostra analitzada, amb edats inferiors a 50 anys en la majoria de casos. Les diferències cinemàtiques entre persones sanes i amb mal de coll són molt clares, sent majors en les variables de posició i d'acceleració que en els rangs, de manera que són aquestes variables més adequades per definir protocols de valoració biomecànica clínica. Des del punt de vista dinàmic, hi ha diferències molt clares en les forces i en la potència desenvolupada, encara que no tant en el moment articular. Les diferències en les variables funcionals són molt més evidents que en les corresponents variables numèriques extretes d'aquestes (rangs, valors màxims i mínims). En definitiva, es demostra que el registre de moviments continu i l'ús conjunt d'informació cinemàtica i dinàmica ofereix una visió més completa dels patrons biomecànics de moviment de coll i pot millorar els actuals sistemes de valoració funcional. / [EN] In this Doctoral Thesis, a new biomechanical modeling of the neck is proposed for its application in the fields of functional assessment and ergonomics. A kinematic study has been carried out to describe the axoids associated with the instantaneous axes of rotation (EIR) of the movement of the head with respect to the thorax, as well as the kinematic variables (positions, velocities and accelerations), which are described as continuous functions using techniques of Functional Data Analysis (FDA). Continuous cyclical movements have been analyzed. The most reproducible movement is flexion-extension. For the dynamic analysis, a joint model of inverse dynamics has been developed, which allows estimating the forces, moments at the C7 level and developed power, from the kinematics of the movement and the inertial characteristics of the neck-head system, obtained from starting from previous studies and adjusted by means of a calibration procedure. The model has been experimentally validated and its reliability has been quantified, which is sufficient for clinical applications. A sample of healthy subjects (n = 45) were studied in order to obtain a normality base, analyze the effect of individual characteristics (age, sex and anthropometric characteristics), and a sample of patients with nonspecific neck pain (n = 24), to analyze the differences associated with the pathology. This is the first study in which a continuous representation of the EIR is obtained and a description of the kinematics and dynamics is made using continuous functions using FDA statistical techniques. The results show that the kinematic and dynamic patterns are influenced by gender and neck length. Women are more mobile than men and longer neck length is associated with slower movements. The effect of age is not too pronounced in the analyzed sample, with ages less than 50 years in most cases. The kinematic differences between healthy people and those with neck pain are very clear, being greater in the position and acceleration variables than in the ranges, making these variables more suitable for defining clinical biomechanical assessment protocols. From the dynamic point of view, there are very clear differences in the forces and the power developed, although not so much in the articulation moment. The differences in the functional variables are much more evident than in the corresponding numerical variables extracted from them (ranges, maximum and minimum values). In short, it has been shown that continuous movement recording and the joint use of kinematic and dynamic information offers a more complete view of the biomechanical patterns of neck movement and can improve current functional assessment systems. / Este trabajo ha sido desarrollado en el Instituto Universitario de Ingeniería Mecánica y Biomecánica de la Universitat Politècnica de València, y ha sido financiado con el proyecto de investigación Junior PIJ-15-08 de la Escuela Politécnica Nacional de Quito-Ecuador. / Venegas Toro, WR. (2021). Modelado biomecánico del cuello basado en la imagen cinemática de la función articular para su aplicación en tecnologías para la salud y el bienestar del ser humano [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174522 / TESIS