Diseño y construcción de un dispositivo mecatrónico ortopédico para apoyo a la rehabilitación postoperatoria de rodilla

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dc.contributor.advisorArdila Gómez, Sergio Andrés
dc.contributor.advisorSolarte David, Víctor Alfonso
dc.contributor.apolounabArdila Gómez, Sergio Andrés [sergio-andres-ardila-gomez]spa
dc.contributor.apolounabSolarte David, Víctor Alfonso [Victor-Solarte-David]spa
dc.contributor.authorCastro Yaruro, Daniel Mauricio
dc.contributor.cvlacArdila Gómez, Sergio Andrés [0000010754]spa
dc.contributor.cvlacSolarte David, Víctor Alfonso [1329391]spa
dc.contributor.googlescholarSolarte David, Víctor Alfonso [es&oi=ao]spa
dc.contributor.orcidArdila Gómez, Sergio Andrés [0000-0002-2115-1225]spa
dc.contributor.orcidSolarte David, Víctospa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.date.accessioned2023-12-01T18:34:09Z
dc.date.available2023-12-01T18:34:09Z
dc.date.issued2022-12-04
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.description.abstractEl propósito de este trabajo consiste en concebir y elaborar un dispositivo de rehabilitación que permita un movimiento activo y se ajuste de manera adaptable a la configuración anatómica y biomecánica de la rodilla humana. El proyecto abarca varios aspectos: Selección de instrumentación, sistema de control para restringir trayectorias de los movimientos esenciales para la rehabilitación adecuada, creación de un prototipo a través de etapas que involucran análisis, diseño CAD y simulaciones, construcción y validación del prototipo por medio de pruebas siguiendo un protocolo de rehabilitación predefinido. Como resultado, se demuestra la viabilidad de crear un dispositivo seguro, práctico y económico, con componentes móviles intercambiables, y a corto o medio plazo, lograr una mejoría en el rango de movilidad.spa
dc.description.abstractenglishThe purpose of this work is to conceive and develop a rehabilitation device that allows active movement and adapts to the anatomical and biomechanical configuration of the human knee. The project covers several aspects: selection of instrumentation, control system to restrict the trajectories of essential movements for proper rehabilitation, creation of a prototype through stages involving analysis, CAD design, and simulations, construction, and validation of the prototype through tests following a predefined rehabilitation protocol. As a result, the feasibility of creating a safe, practical, and economical device with interchangeable moving components is demonstrated, and in the short or medium term, an improvement in the range of mobility is achieved.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.tableofcontentsINTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 3 1.1 DESCRIPCIÓN BREVE DEL PROBLEMA ........................................................ 3 1.2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 4 2. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 5 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 5 3. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................. 6 3.1 MARCO GEOGRAFICO .................................................................................... 6 3.2 DIMENSIONES ANTROPOMÉTRICAS ............................................................ 8 3.3 MARCO LEGAL ................................................................................................. 9 3.3.1 Leyes y resoluciones que rigen los dispositivos médicos. ........................... 10 3.4 ESTADO DEL ARTE ....................................................................................... 10 3.4.1 Máquinas y medios comerciales ................................................................. 12 3.4.2 Investigaciones y patentes. ......................................................................... 14 3.4.3 Procesos Rehabilitación Post operatorios ................................................... 16 4. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 20 4.1 ANATOMIA DE LA RODILLA .......................................................................... 20 4.1.1 Componentes óseos ................................................................................... 20 4.1.2 Componentes articulares de la rodilla. ........................................................ 21 4.1.3 Componentes de tejidos blandos. ............................................................... 22 4.1.4 Componentes musculares ........................................................................... 23 4.2 ENFOQUE FUNCIONAL DE LA RODILLA...................................................... 25 4.3 LESIONES DE LA RODILLA ........................................................................... 25 4.4 ANÁLISIS DE LA MOVILIDAD ARTICULAR ................................................... 27 4.4.1 Cinesiología. ................................................................................................ 27 4.4.2 Mecánica y biomecánica del movimiento. ................................................... 28 4.5 ENFOQUE BIOMÉCANICO DE LA RODILLA ................................................. 34 4.5.1 Estática y Dinámica ..................................................................................... 34 4.5.2 Cinética y Cinemática .................................................................................. 36 4.6 MECANISMO MECATRONICO ....................................................................... 39 4.6.1 Determinantes de diseño............................................................................. 40 4.6.2 Materiales .................................................................................................... 40 5. METODOLOGÍA ................................................................................................ 43 6. RESULTADOS .................................................................................................. 45 6.1 SELECCIÓN DE INSTRUMENTACIÓN Y ACTUADORES ............................. 45 6.1.1 Sensores de posición angular. .................................................................... 47 6.1.2 Sensores de velocidad angular ................................................................... 48 6.1.3 Ajuste de la velocidad. ................................................................................ 49 6.1.4 Regulación de la fuerza ............................................................................... 50 6.1.5 Elementos para sostenimiento en rodillas ................................................... 51 6.1.6 Suministro de energía. ................................................................................ 52 6.1.7 Sistema de administración de energía. ....................................................... 52 6.1.8 Dispositivos de control. ............................................................................... 53 6.2. DESARROLLO DEL PROTOTIPO .................................................................. 54 6.2.1. FASE 1: Desarrollo Preliminar del Prototipo ................................................ 54 6.2.2 FASE 2. Ajustes realizados al planteamiento del prototipo. ........................ 60 6.2.2.1 Diseño CAD órtesis de rehabilitación ........................................................ 62 6.2.3 FASE 3. Ajustes y definiciones referentes al desarrollo del Prototipo ......... 63 6.2.4 FASE 4. Ajustes finales correspondientes al desarrollo del Prototipo ......... 69 6.3 DISEÑO CAD Y SIMULACIONES ................................................................... 75 6.4. CONSTRUCCIÓN DISPOSITIVO PROTOTIPO ............................................. 77 6.4.1 Dispositivo Preliminar. ................................................................................. 77 6.4.2 Dispositivo Final. ......................................................................................... 79 6.5 DESARROLLO DEL SISTEMA EN SIMULINK ................................................ 87 6.6 VALIDACIÓN ................................................................................................... 90 6.6.1 Funcionamiento. .......................................................................................... 90 6.6.2 Protocolo de Rehabilitación ......................................................................... 91 6.6.3 Uso .............................................................................................................. 93 6.6.4 Operación. ................................................................................................... 93 6.7 PRESUPUESTO ............................................................................................. 99 7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 100 8. RECOMENDACIONES .................................................................................... 102 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 103 ANEXOS .............................................................................................................. 111spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/23017
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
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dc.titleDiseño y construcción de un dispositivo mecatrónico ortopédico para apoyo a la rehabilitación postoperatoria de rodillaspa
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