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“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

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by on 11 September 2013

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“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

IMPACTO CIENTIFICO Y TECNOLOGICO

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Al ser esta una primera fase del proyecto no se ha pensado en la generación de propiedad ya que se pretende seguir con la investigación y una vez que se hayan corregido todos los posibles errores del primer prototipo allí si pensar en patentar todo el diseño.

Generación De Propiedad Intelectual.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Esta relación matemática es cargada en un bloque en matlab para poder calcular los torques en cada articulación mismos que nos van a ayudar a determinar los materiales más aptos para la construcción del exoesqueleto.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Devolver la capacidad de caminar a una persona que padezca de paraplejia, a través del correcto diseño y construcción de una estructura mecánica controlada de forma electrónica.

Objetivo General

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Autores:
 
Jefferson Patricio Torres V.
Mauricio Leonardo Villacis M.
Antonio Rene Vega S.
 
 
Director:
 
Ing. Fernando Urgiles.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Lasso M. I. and Masso D. M., “Exoesqueleto para reeducación muscularen pacientes con IMOC tipo diplejía espástica moderna ”, Engineerthesis, Universidad del Cauca, Colombia 2010.
SODERBERG G. L., and others, Selected Topics in Surface Elec-tromyography for use in the Occupational Setting: Expert Perspectives,U.S. Department of Health and Human Services, Public Health ServiceCenters for Disease Control National Institute for Occupational Safetyand Health, March 1992.
Monroy C. Diego, “Diseño e implementación de un exoesqueleto paraasistencia mecánica en el movimiento de flexión y extensión del codo”, Engineer thesis, Universidad Nueva Granada.
 GONZALES R, Rehabilitación Médica. España: Masson, 1997, ISBN8445804839 pp. 63-68.
B. Antonio, “Fundamentos de Robótica”, España: Editorial McGraw-Hill, 1997.
Sira, “El robot traje HAL se comercializa en Japón”, 2009. [On-line]. Available: http://www.tecnologiablog.com/post/406/el-robot-traje-hal-ya-se- comercializa.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Bibliografía

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

ROSEN J., BRAND M., FUCHS M., and ARCAN M., A Myosignal-Based Powered Exoskeleton System, IEEE Transactions onSystem Man and Cybernetics -Part A: Systems and Humans,Vol. 31, No. 3, pp. 210 - 222, May 2001. [Online]. Available: <http://brl.ee.washington.edu/Research_Active/Exoskeleton/Project_02/Project_02.html> 
 Monroy Diego, Velasco Nelson - Controlador Difuso PID Aplicado al Movimiento de un Exoesqueleto de Miembro Superior. Universidad Militar Nueva Granada. Bogotá Colombia.
iRobot Corporation, “Robot de teleasistencia medica”, 2012. [Online].Available: http://global.irobot.com/
Casals. Alicia, “Robótica y Personas con discapaci-dad”. ZERBITZUAN, no. 37, 1999. [Online]. Available:http://www.zerbitzuan.net/documentos/zerbitzuan.

Bibliografía

Mogollón Flores Marco – La Antropometria.pdf
D. Miguel Carballeda, “Tecnologías con Sentido”, presentado en IICongreso Domótica y Teleasistencia para Todos, España, 2007.
Monroy C. Diego, “Diseño e implementación de un exoesqueleto paraasistencia mecánica en el movimiento de flexión y extensión del codo”, Engineer thesis, Universidad Nueva Granada, Colombia 2008
CHEEIN F. A., CARELLI R., FERREIRA A., WANDERLY C.C., yotros, Desarrollo de Interfaces para Personas con Discapacidad Basadasen Señales EMG Y EEG, Universidad Nacional de San Juan, Institutode Automática, San Juan, Argentina, Universidade Federal do EspíritoSanto, Departamento de Engenharia Elétrica, Vitória, Brasil
KIGUCHI K., TANAKA T., and FUKUDA T., Neuro-Fuzzy Control of a Robotic Exoskeleton With EMG Signals, IEEE Transactions on FuzzySystems, Vol. 12, No. 4, August 2004

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Bibliografía

Bustamante Antonio. Ergonomía, antropometría e indeterminación. Anuario de Psicología, Facultad de Psicologia 2004, vol 35. Universidad de Barcelona
Araceku Suverza Fernandez, Karime Haua Navarro (EDS.) - Manual de la Antropometría - 1ra edición 2009 Universidad Iberoamericana, A.C
Cruz Ardila Juan Carlos, Ramírez Escarpeta José Miguel - Modelo matemático y herramienta de simulación de exoesqueleto activo de vinco segmentos. 24 de Agosto de 2012.
Chávez Cardona, Rodríguez Felipe, Baradica Asfur - Exoesqueletos para potenciar las capacidades humanas y apoyar la rehabilitación. Revista Ingeniería Biomédica volumen 4, numero 7. 24 de Mayo de 2010.
Consideraciones para el análisis de la marcha humana. Tecnicas de videogrametria, electromiografía y dinamometría. Villa Adriana, Gutierrez Eduardo, Perez Juan. Revista Ingeniería Biomédica volumen 2, numero 3. 28 de Abril de 2008. 

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Bibliografía

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Potenciales Resultados De La Propuesta Y Su Aplicabilidad

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Búsqueda de nuevos materiales livianos pero muy resistentes en cuanto a características mecánicas para lograr que la estructura sea lo mas liviana y compacta posible a fin de brindar al usuario la comodidad necesaria al momento de usar la misma.

Nuevos materiales y procesos de transformación.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

La construcción de un exoesqueleto involucra el trabajo conjunto de las ramas vistas anteriormente. Mismas que deberían desarrollar líneas específicas de investigación para lograr que el funcionamiento de la estructura se asemeje mas al trabajo que realizan las extremidades inferiores de una persona y también brinden la comodidad necesaria para los usuarios. Entre las ramas involucradas tenemos:

Ingeniería de control y tecnologías de automatización.
Sistemas informáticos e inteligencia artificial.
Tecnologías de inclusion.
Optimización de energías y energías renovables.
Nuevos materiales y procesos de transformación.
Ingeniería Biomédica.

Fig 14. Nuevas Líneas De Investigación Que Impulsaría La Construcción De Un Exoesqueleto.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

En la actualidad nuestra universidad posee el centro de investigación, desarrollo e innovación en ingenierías en donde se trabajan sobre las siguientes líneas de investigación.

Fig 13. Curvas De Los Torques De Las Articulaciones De La Pierna Izquierda De Un Ciclo De La Marcha Humana.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Torque Calculado Pierna Izquierda

Fig 10. Curvas De Las Articulaciones De La Pierna Derecha De Un Ciclo De La Marcha Humana.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Pierna Derecha

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Resultados Esperados

En base a las simulaciones realizadas en el programa simulink de Matlab se obtuvieron los siguientes resultados:
 
Ciclo De Marcha
Curvas De Posición Angular De Las Articulaciones De Las Piernas En Un Ciclo De Marcha.
Torques Soportados Por Las Articulaciones En Un Ciclo De Marcha.

Fig 9. Modelo Mecánico Creado En Simulink Del Avatar.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Análisis Matemático
Una vez cargados los valores de posición angular obtenemos su primera y segunda derivada para obtener los datos de la velocidad y aceleración angular de cada articulación.

Fig 5. Avatar De Las Extremidades Inferiores Realizado En El Software Inventor 2010.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Diseño Del Avatar

Con todas las características antropométricas y con la ayuda del programa inventor procedimos a generar el siguiente avatar de las extremidades inferiores en donde consideramos también el peso de los motores y de la articulación, este peso extra es de 40lbs.

Tabla 2. Características Antropométricas Para Diseñar El Avatar.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Análisis Antropométrico
Para realizar el diseño del avatar de las extremidades inferiores, nos basamos en las características antropométricas de un individuo de contextura promedio y cuyas características son:


“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

METODOLOGIA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Definir las características antropométricas del individuo que va a ser el usuario de la estructura.
Realizar un avatar con las características antropométricas del individuo para obtener su respectivo diseño mecánico.
Obtener las curvas de marcha humana más adecuadas para el usuario de la estructura.
Cargar las curvas de la marcha humana en el avatar para poder realizar el análisis matemático y físico de la estructura mecánica para determinar los materiales más adecuados para su construcción.


Objetivos Específicos

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Crear una estructura mecánica controlada de forma electrónica capaz de devolver la capacidad de caminar a una persona que por un accidente o una enfermedad han perdido la movilidad en sus extremidades inferiores.

Hipótesis

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

EXOESQUELETO

SU ATENCION!!!

AGRADECE

UNIVERSIDAD POLITECNICA
SALESIANA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

El propósito de esta área es brindar autonomía energética a la estructura. Además se debería realizar un análisis para brindar sistemas de apoyo energético a la estructura basados en el uso de energías renovables.

Optimización de energías y energías renovables.

Fig 16. Laboratorio De Sistemas Informáticos E Inteligencia Artificial De La UPS – Cuenca.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Generar interfaces entre la estructura y el ambiente para garantizar el optimo funcionamiento de la misma. Para ello se debe implementar un sistema inteligente capaz de aprender a comportarse en el medio a través de su uso.
Además se deberá desarrollar sensores virtuales para evitar cargar de elementos a la estructura, brindando comodidad al usuario


Sistemas informáticos e inteligencia artificial.

Fig 12. Curvas De Los Torques De Las Articulaciones De La Pierna Derecha De Un Ciclo De La Marcha Humana.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Torque Calculado Pierna Derecha

Fig 11. Curvas De Las Articulaciones De La Pierna Izquierda De Un Ciclo De La Marcha Humana.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Pierna Izquierda

Fig 8. Obtención De Las Curvas De Las Curvas De La Marcha Humana A través De Una Estructura Física.

Fig 7. Utilización Del Software OpenSim Para La Obtención De Las Curvas De La Marcha Humana.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Procedimientos Para La Obtención De La Posición Angular
 
Procedimiento1 Procedimiento 2





 




Fig 17. Laboratorio De Ingeniería Biomédica De La UPS – Cuenca.

Análisis de las características antropométricas de las piernas a fin de que para posibles versiones posteriores se pueda ampliar el uso de la estructura a personas que no posean las extremidades inferiores o que posean malformaciones en las mismas.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Ingeniería Biomédica.

Fig 15. Laboratorio De Ingeniería De Control Y Tecnologías De Automatización De La UPS – Cuenca.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Búsqueda de los elementos mas óptimos para un correcto procesamiento de las señales garantizando que la estructura responda de manera adecuada a los requerimientos del usuario. Además se debe brindad flexibilidad al sistema para que en versiones posteriores se puedan realizar mejoras de una manera sencilla y sin comprometer el funcionamiento o la construcción de otras áreas de la estructura.

Ingeniería de control y tecnologías de automatización.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Una vez desarrollado el diseño en el programa inventor, enlazamos al mismo con la herramienta simulink del programa matlab, para generar el diseño mecánico para poder realizar el respectivo análisis matemático además de obtener los torques, mismos que son necesarios para obtener los materiales idóneos para la construcción del exoesqueleto.

Fig 6. Diagrama De Bloques Del Avatar Montado En Simulink.

Tabla 1. Información Tomada Del CONSEJO NACIONAL DE DISCAPACIDADES
Vía Correo Electrónico.

Fig 1. Auto Estacionado En Un Lugar Reservado
Para Discapacitados. [Tomado Del Diario El Comercio]

Situación Actual De Las Personas Que Padecen De Paraplejia En El Ecuador.

Fig 18. Laboratorio De Tecnologías De Inclusión De La UPS – Cuenca.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Búsqueda de los materiales mas adecuados a fin de lograr que la estructura sea la mas compacta para que de esta manera se brinde al usuario la comodidad necesaria al momento de usar la estructura haciendo de la misma una herramienta que permita al usuario mejorar su calidad de vida .

Tecnologías De Inclusion.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”

Fig 4. Puertas Pequeñas No Permiten El Paso De La Silla De Ruedas. [Tomado Del Diario El Hoy].

Fig 3. Riesgo De Accidentes A Causa De Infraestructura Inadecuada En Aceras. [Tomado Del Diario El Comercio].

Fig 2. Falta De Rampas Para Edificios Públicos Y Privados.
[Tomado Del Diario El Tiempo].
En nuestro país no existe la infraestructura
necesaria para brindar un buen nivel de vida para aquellas personas que padecen de paraplejia.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXOESQUELETO”
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