2. Maestría
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Tesis de la Escuela de Posgrado
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Item Diseño de un sistema de retroalimentación háptico palmo dactilar para prótesis de miembro superior modelo “PUCP-Hand”(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-20) Romero Muñiz, Enzo Fernando; Elias Giordano, Dante AngelLos brazos protésicos son diseñados con la finalidad de restaurar funciones para aquellos con amputación de miembro superior. En la actualidad, existen avances significativos en brazos robóticos motorizados capaces de un amplio rango de sujeciones. Sin embargo, dichas prótesis operan con una lógica de control que no se encuentra diseñada para retornar las sensaciones del tacto nuevamente; por lo tanto son incapaces de comunicar los estímulos externos sobre la prótesis al usuario. Esta ausencia de señales de retroalimentación impiden el uso eficiente de la prótesis. Así, la falta de retorno sensorial constituye una de las principales razones por la que los usuarios dejan de emplear su prótesis. En este marco, la presente tesis propone el diseño de un sistema de retroalimentación háptico de tipo palmo dactilar, orientado a captar las sensaciones vinculadas a la propiocepción de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión y la percepción de deslizamiento inminente de objetos, con el fin de redirigir estas señales de manera no invasiva hacia la sección amputada del usuario. Este sistema busca mejorar el control y destreza en el uso de la prótesis de mano, específicamente diseñado para integrarse en el modelo de prótesis “PUCP-Hand”. Este trabajo presenta en detalle el diseño del sistema mecatrónico propuesto, compuesto por un subsistema de sensado en la prótesis y un subsistema de actuación en el antebrazo del usuario. El subsistema de sensado registra el ángulo de flexión de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión de objetos y su deslizamiento; mientras que el subsistema de actuación comunica estas sensaciones de propiocepción, prensión y deslizamiento inminente a través de tres vibraciones de intensidad variable. Con el fin de validar el diseño planteado, se realizaron simulaciones electrónicas del funcionamiento general del sistema, así como una simulación por elementos finitos a la estructura del subsistema de actuación. Los resultados alcanzados permiten concluir que, mediante la aplicación de la metodología de diseño mecatrónico, se ha diseñado un sistema de retroalimentación háptico palmo dactilar para la prótesis de miembro superior modelo "PUCP-Hand". Un diseño que permite transmitir las sensaciones de propiocepción en los dedos, fuerza y deslizamiento de objetos al usuario. Un diseño con un costo de producción de S/ 3,481.16 y un costo de diseño de S/ 21,840.00.Item Developing of a device for measuring the areal distribution of the forces in the contact zone of foot and underground for the use in leg prostheses(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-18) Kubisch, Jörg; Fröhlich, Thomas; Elías Giordano, Dante ÁngelThe presented work demonstrates the process of designing a cheap, low cost three axis force sensor. Further it describes its integration in an array of multiple sensors to measure the distribution of forces acting on the sole of a prosthetic foot. The focus will be on easy manufacturing and common materials since the sensor will be integrated in a low cost prosthesis for lower limp amputees. Using the knowledge from bio mechanics and some basic assumptions for the later use, requirements for the project are derived. After a presentation of some state of the art sensor principles, suitable concepts are collected. Than, the concepts are compared using a comparison table to find the one the fits the requirements the best. A very compelling concept using barometers casted in silicone rubber is tested using a simple prototype to try out whether it is a good candidate or not. The tests show that the concept is capable of measuring forces but due to its disadvantageous susceptibility for temperature changes it is rejected for the further development process. The concepts are reevaluated and a new concept is chosen. Afterwards the design process is described. Beginning with the mechanical design explaining the working principle. The calculation of the dimensions is presented. After that a circuit to work with a capacitive measurement as well as a version for resitive measurement is developed and a layout for a prototype board using capacitive measurement is proposed. To prove the functionality, the capacitive system is built up as a prototype. To try the measurement behavior and to measure its repeatability a test stand is designed. It uses commercial available load cells to conduct a reference measurement. The output of the sensor is compared to the reference measurement. With various different test procedures the curves mapping the measured values to the force for normal and shear force measurement are determined. During the tests, different aspects of performance like creep behavior or hysteresis are investigated. Also the repeatability is measured various times under different loads to make reliable estimations of the precision of the measurement. Further on, a resistive force sensor which could be used instead of the capacitive sensing elements is tested regarding its curve and performance to have a comparison of the advantages and disadvantages of either designing the future sensor with resistive or capacitive sensing elements. With both concepts a repeatability of a few percent uncertainty can be achieved. Further on ways to improve future versions of the sensor are described based on the experiences made during the work with the prototype. Finally a possible way to integrate multiple sensors into a sensing array is proposed. The design as well as possible electrics to acquire the data are discussed. This way a solid basis for further developments of a sensing array measuring the force distribution is given.Item Diseño y construcción de un distractor ontogénico mandibular externo tridimensional de movimiento discreto(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-04) Otiniano Chávez, Dany Martín; Barriga Gamarra, Eliseo BenjamínEn el cuerpo humano a veces se presentan alteraciones en el esqueleto tanto en el crecimiento como en el desarrollo del mismo en diversos grados, actualmente se practican técnicas que tiene por objetivo la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el esqueleto. El objetivo del presente trabajo es la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el maxilar inferior, la técnica a utilizar es la denominada distracción osteogénica, esta técnica ha demostrado que la tracción gradual de los tejidos vivos crea fuerzas que estimulan el crecimiento y la regeneración de los huesos. Se diseñó y construyó un dispositivo, el cual logrará de manera satisfactoria una tracción gradual sobre mandíbula inferior, ocasionando que esta modifique su geometría. El diseño del dispositivo utilizó una “Metodología del diseño”, ésta es una técnica reconocida, la cual nos garantiza que el dispositivo cumpla con todos los requerimientos y restricciones necesarias para lograr la distracción osteogénica. Los cálculos de las piezas del dispositivo denominado Distractor fueron verificados utilizando el Método de los Elementos finitos (CAE). También se presentan los planos del Distractor, los cuales sirvieron para la fabricación y ensamble del mismo, las piezas se fabricaron en talleres nacionales.Item Diseño mecánico de una prótesis activa transfemoral(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-12) Medina Barrenechea, Samuel; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaLas 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.