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

En el presente trabajo se muestra el diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo del tipo 2- UPU (R), el cual cuenta con dos grados de libertad para realizar los movimientos de flexión dorsal-plantar e inversión-eversión, y una restricción pasiva que garantiza un punto de rotación fijo. El diseño se obtuvo mediante una exhaustiva investigación del estado del arte y la aplicación de la metodología indicada en el estándar alemán VDI 2221. El rehabilitador de tobillo propuesto es accionado por dos servomotores eléctricos lineales que permiten realizar trabajos pasivos y activos en flexión dorsal-plantar e inversión-eversión. De acuerdo a la configuración establecida, cada uno de estos movimientos se encuentra limitado a 30° y 18° respectivamente, y la carga máxima sobre el tobillo limitada a 120 Nm. Las dimensiones del equipo son 440 mm de altura, 450 mm de longitud y 250 mm de ancho; lo cual satisface los requerimientos ergonómicos de una persona con estatura aproximada al de la media de la población del Perú. Como resultado de este trabajo se obtienen los planos de ensamble y fabricación del equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo y los costos asociados a la fabricación de piezas, compra de componentes estandarizados, ensamble e instalación, y desarrollo de la ingeniería. El costo total del proyecto asciende a 8,770.00 USD. / Tesis

El análisis de movimiento es una herramienta muy usada en diversas áreas, como en la medicina de rehabilitación, donde el médico usa esta herramienta para la evaluación y diagnóstico de pacientes con alguna discapacidad motora como lo son las diferentes discapacidades que se pueden presentar en el miembro inferior. Actualmente, se utilizan equipos de captura de movimiento tridimensional para el análisis de la marcha utilizando, por mencionar algunos, arreglos de cámaras infrarrojas, marcadores retroreflactantes, escáner, entre otros. Sin embargo, estos equipos elevan el costo de la evaluación y diagnóstico, haciéndolo inaccesible el alcance de esto para personas de bajos recursos, por lo que es necesario desarrollar métodos de menor costo para lograr esto. Partiendo de lo anterior, este estudio tiene por objetivo obtener datos cualitativos y cuantitativos que permitan determinar la precisión y exactitud de un equipo Kinect para el análisis de la cinemática de la marcha humana, esto mediante una comparación entre el Kinect y un sistema de captura de movimiento Vicon, ya que este último es un sistema validado y usado para el análisis de marcha. Como resultado se obtuvo curvas de movimiento de la rodilla en una marcha humana con ambos sistemas. En el caso del Kinect, se midió la curva de movimiento de tres voluntarios, haciendo uso de dos librerías ya existentes en el caso del Kinect: Openni, en conjunto con Nite, y Kinect for Windows SDK, para conocer la variación del ángulo de la rodilla al caminar. En cuanto al Sistema Vicon, se usó un patrón de marcha de la rodilla obtenido de 40 voluntarios cuya marcha no presentaba ninguna patología. Las pruebas de este trabajo de tesis se realizaron con tres voluntarios para la toma de datos de la marcha humana con el equipo Kinect, realizando 5 pruebas a cada uno, analizando los 3 mejores resultados de cada pierna, esto es, los 3 mejores datos del ángulo de la rodilla durante una marcha humana. De esto se concluyó que hubo mayor precisión y exactitud con el Kinect cuando se usó la librería SDK. Además, con el uso de la librería SDK se obtuvo una forma de la curva del ángulo de la rodilla más similar al patrón obtenido mediante el sistema Vicon a comparación de las curvas de movimiento obtenidas con el uso de la librería OpenNI. En todos los casos se obtuvo la forma de una curva del ángulo de la rodilla durante la marcha lo suficientemente cercana al patrón de marcha obtenido mediante el sistema Vicon, con coeficientes de correlación superiores a 0.8, y se demuestra así que el Kinect puede ser usado para la evaluación de una marcha humana. De esta manera, se espera que este estudio sirva de línea base para futuros estudios y proyectos con el Kinect para el análisis de marcha. / Tesis

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206 / Tesis

El presente trabajo de investigación presenta el diseño mecánico de un simulador de marcha normal, conformado por un par de mecanismos paralelos de 6 grados de libertad, que trabajan en forma dual. Cada mecanismo está basado en la configuración de una plataforma Stewart-Gough. El diseño incluye todos sus componentes mecánicos, no se incluye en el presente trabajo ni el sistema hidráulico ni el sistema de control. Para el diseño del mecanismo paralelo se utilizó la metodología de tres etapas utilizada por B. Zhang, [Zhang, 2005] y recomendaciones de J. Merlet, [Merlet, 1999]. En una etapa inicial se contempló la investigación de los parámetros de la marcha normal de una persona entre 18 y 45 años, posiciones, velocidades, alcance, movimientos y patologías. Luego se procedió con el desarrollo de la geometría óptima para las dimensiones de las plataformas, para ello se analizó la cinemática inversa del mecanismo y el espacio de trabajo del mismo, siguiendo un proceso iterativo (MATLAB). A continuación se validó los resultados de la geometría óptima con la selección de componentes y diseño mecánico, cálculos de resistencia y análisis en CAD (SOLIDWORK, AUTOCAD). Por último, se elaboraron los planos de fabricación, ensamble y despiece, así mismo se evaluaron los costos directos e indirectos del desarrollo, fabricación e implementación del sistema mecánico. El resultado del presente trabajo es el diseño mecánico de dos plataformas con 6 GDL, cuya plataforma móvil puede tener un alcance máximo de ± 400 mm en los ejes X e Y, con una orientación máxima de ± 30°, y máxima carga en cualquier posición y orientación de 700 N perpendicular a la plataforma. Es necesario señalar que tanto el alcance y orientación están vinculados, por lo que los valores antes mencionados de alcance y orientación dependen de la posición y rotación de la plataforma en los demás ejes. El costo estimado que incluye costos directos e indirectos de ambas plataformas es de S/. 99,796.00, que incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. / Tesis

El presente trabajo consistió en el diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha orientado a la recuperación de la locomoción de niños entre cuatro a doce años de edad, quienes ostentan una mayor capacidad de recuperación motriz al estar en una etapa de desarrollo físico y mental. Esta tesis contempló el diseño mecánico de un mecanismo paralelo tipo hexápodo de notación 6RSS (de seis grados de libertad y de articulaciones R-rotacional, S-esférica y S-esférica), la selección de los componentes, la elaboración de los planos correspondientes y la estimación de los costos de fabricación y adquisición del sistema mecánico del simulador. Para tal fin, se estableció como base de análisis las proyecciones de las fuerzas en los eslabones respecto al plano sagital, donde a través del análisis del equilibrio dinámico de la plataforma se calcularon las fuerzas y torques en los elementos que conforman el rehabilitador. En vista de que, las fuerzas y torques estuvieron en función de las dimensiones de las cadenas cinemáticos del mecanismo, se procedió a determinar dichas medidas mediante iteraciones a través de programas desarrollados con el software Mathcad Prime 1®. Este proceso iterativo se realizó al considerar como parámetros cinemáticos la posición del talón y del dedo pulgar, así como la velocidad y aceleración del pie durante la marcha. Este arreglo de datos fue obtenido de bibliografía especializada, la cual fue almacenada por frames durante el ciclo de la marcha. Por ello, se empleó un factor de conversión de parámetros cinemáticos igual a 0.19, el cual relacionó la velocidad promedio de un adulto, proveniente de los frames, y la velocidad promedio de un niño. Con los resultados del cálculo, se aplicaron las teorías de resistencia de materiales y elementos de máquinas para seleccionar y/o diseñar los componentes. El movimiento rotacional es proporcionado por motores a pasos de gran torque (48 VDC, 6.3 A/fase, 9.1 Nm) los cuales accionan los mecanismos biela manivela de las cadenas cinemáticas. Asimismo, se diseñaron articulaciones esféricas con un ángulo máximo de variación de 59° que permiten abarcar la longitud de paso del rehabilitador. Este equipo fue diseñado para ser utilizado por un niño de un peso máximo de 42 kg. y estatura máxima de 1.50 m. El costo total del rehabilitador ascendió a $ 20500, el cual incluyó los costos de material, ensamble y diseño. / Tesis

En el presente estudio se realizó la modelación y simulación dinámica de un novedoso sistema actuado para tobillo para la asistencia del movimiento de flexión plantar durante la caminata. Es así que, en la primera parte, se describe la anatomía funcional y biomecánica del sistema pierna-pie, y además se detalla el comportamiento de los principales elementos del sistema músculo esquelético. Posteriormente, se realiza el estado del arte sobre tecnologías portátiles asistenciales de tobillo, y se presentan los principales métodos de modelación y simulación computacional para la evaluación del desempeño de dichos dispositivos. En base al marco teórico presentado, se desarrollan los requerimientos y la conceptualización del diseño preliminar de un sistema actuado cuasi pasivo que contiene un accionamiento controlable capaz de almacenar y liberar energía elástica y así asistir a la marcha. Luego se realiza la modelación del cuerpo humano empleando el modelamiento “linksegmento”, ampliamente usado para análisis biomecánico del movimiento, y se implementa virtualmente el dispositivo propuesto a fin de analizar el comportamiento de su interacción durante la caminata a través de simulaciones dinámicas. El cálculo de la simulación se realiza de manera computacional empleando el software MATLAB a través de la técnica de dinámica inversa. Finalmente, estos resultados permiten entender el comportamiento dinámico del sistema actuado propuesto, así como los parámetros del accionamiento controlable para un desempeño óptimo en la asistencia de la marcha. Este conocimiento aporta al entendimiento de la interacción biomecánica de dispositivos asistenciales y además sienta las bases para el futuro diseño e implementación del dispositivo. / Tesis

Objetivo. Valorar la eficacia de dos tratamientos de Fisioterapia en pacientes con artropatía hemofílica de codo, rodilla o tobillo. Participantes. 31 pacientes con artropatía hemofílica fueron aleatoriamente asignados a 3 grupos: 11 (terapia manual), 10 (Fisioterapia educativa) y 10 (control). Intervención. Durante 12 semanas, se realizaron dos tratamientos: uno con terapia manual (2 sesiones semanales); y otro con sesiones educativas y ejercicios domiciliarios diarios. Tres evaluadores enmascarados, evaluaron: movilidad, fuerza y perímetro muscular, dolor y calidad de vida. Resultados. La terapia manual mejoró la movilidad y dolor articular, manteniéndose tras el seguimiento. La Fisioterapia educativa mejoró: flexión de rodilla, perímetro de gemelos y calidad de vida. El grupo control no mostró diferencias. Ningún paciente tuvo hemartrosis durante el estudio. Conclusión. La terapia manual es eficaz para mejorar el recorrido articular y el dolor en la artropatía hemofílica. La Fisioterapia educativa mejora la calidad de vida. Ambos tratamientos no provocan hemartrosis. / Abstract Aim. To evaluate the efficacy of two Physiotherapy treatments in patients with elbow, knee or ankle haemophilic arthropathy. Participants. 31 patients with haemophilic arthropathy were randomly allocated to study groups: 11 (manual therapy), 10 (educational Physiotherapy) and 10 (control). Intervention. For 12 weeks, were carried out two treatments: one with manual therapy (two weekly sessions); and other with educational sessions and daily home exercises. Three blinded reviewers assessed movement, strength and muscle perimeter, pain and quality of life. Results. Manual therapy improved movement and joint pain. At follow-up improvements were maintained. Educational Physiotherapy improved: knee flexion, twins perimeter and quality of life after treatment. In control group there was no difference. No patient had haemarthrosis throughout the study. Conclusions. Manual therapy is effective in improving of range of movement and joint pain in hemophilic arthropathy. Educational Physiotherapy improves quality of life. Both modalities of Physiotherapy not cause haemarthrosis.

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Introducción: La artrosis de rodilla es una enfermedad muy frecuente con una alta prevalencia en la población adulta. Provoca en los pacientes afectados dolor y limitación de su capacidad funcional. Algunas modalidades terapéuticas como el tratamiento con antiinflamatorios no esteroideos (AINES), la infiltración de plasma rico en plaquetas o la de ácido hialurónico pueden producir un alivio del dolor y una mejora de la capacidad funcional. Objetivos: Evaluar el beneficio proporcionado por el plasma rico en plaquetas (PRP) en comparación con el ácido hialurónico y el tratamiento con antiinflamatorios no esteroideos tanto desde un punto clínico como estructural mediante evaluación con resonancia magnética nuclear. Material y métodos: Un total de 124 pacientes fueron incluidos y distribuidos aleatoriamente en el estudio, de acuerdo a los criterios diagnósticos de artrosis de rodilla de la Sociedad Española de Reumatología, concluyendo el presente estudio un número de 98 pacientes (33 prosiguieron tratamiento con AINES, 32 recibieron una única infiltración de ácido hialurónico, 33 recibieron una única infiltración de PRP). Los pacientes fueron evaluados prospectivamente al inicio, a las 26 y a las 52 semanas usando la escala Western Ontario McMaster Universities osteoarthritis index (WOMAC) y la escala visual analógica (EVA). Se realizaron radiografías simples y estudio mediante resonancia magnética al inicio y a las 52 semanas. Resultados: A las 52 semanas de seguimiento, en el grupo tratado con PRP mejoró de forma estadísticamente significativa tanto el dolor como la función articular (p<0.005).. Los pacientes tratados con ácido hialurónico o con AINES también experimentaron una disminución del dolor pero de menor intensidad al grupo tratado con PRP, mientras que los parámetros de función articular empeoraron. No se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas entre los tres grupos de tratamiento en relación a la evolución de los datos obtenidos tanto en la radiografía como en la resonancia magnética nuclear. Conclusiones: El tratamiento con infiltraciones de plasma rico en plaquetas en los pacientes afectados de artrosis de rodilla proporciona una mejoría clínica superior al tratamiento con ácido hialurónico o AINES. Una única infiltración de PRP es efectiva en producir dicha mejoría clínica. / Knee osteoarthritis (OA) is a common disease with a high prevalence in the adult population. It causes pain and decreased functional capacity. Different methods such as the prescription of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) or intra-articular injections (hyaluronic acid or platelet-rich plasma (PRP)) could alleviate the pain and improve the functional capacity in these patients. Purpose: To evaluate the benefit provided by platelet-rich plasma injections in comparison with hyaluronic acid injections and NSAIDs treatment in patients with knee joint degeneration. This present study investigated that benefit in terms of clinical and structural improvement, measured by magnetic resonance. Material and methods: A total of 124 patients were enrolled and randomized in the present study according to the Spanish Rheumatology Society knee osteoarthritis diagnosis criteria, 98 of whom completed the study (33 patientes received NSAIDs treatment, 32 a single hyaluronic acid injection and 33 received a single platelet-rich plasma injection). Patients were prospectively evaluated at baseline, at 26 and at 52 weeks using the Western Ontario McMaster Universities osteoarthritis index (WOMAC) and the visual analog scale (VAS). Radiography and magnetic resonance were carried out at baseline and 52 weeks. Results: At the 52-weeks follow-up, pain and functional capacity improved in the PRP group. WOMAC pain and VAS improved in the hyaluronic acid and NSAIDs groups. However, better results were obteined in the PRP group compared to the hyaluronic acid and NSAIDs groups (p<0.005). Functional capacity got worse at the 52-weeks follow-up in the hyaluronic acid and NSAIDs groups. There was no statistically significant difference among the three groups in terms of structural damage, measured by radiography and magnetic resonance. Conclusions: Platelet-rich plasma injections provide a superior clinical improvement with respect to hyaluronic acid injections or NSAIDs treatment in knee osteoarthritis patients. A single PRP injection is effective.