Diseño preliminar de un dispositivo que complemente al simulador de marcha de la PUCP para reproducir los movimientos del miembro inferior del ser humano

Abstract

El presente trabajo presenta el diseño preliminar de un dispositivo que complemente al simulador de marcha de la PUCP para reproducir los movimientos de los miembros inferiores del ser humano para personas con problemas en la marcha. En la etapa inicial se contempló un breve estudio de la biomecánica, dinámica del movimiento y ergonomía de la persona humana, tomando mayor importancia en las dimensiones, velocidad, aceleraciones y fuerzas promedio de una persona entre los 6 y 12 años durante la marcha. Así también se definió la geometría y componentes del dispositivo, con lo cual se desarrolló la cinemática y cinética del miembro inferior y de cada elemento del dispositivo mediante la dinámica de cuerpos rígidos aplicando el método newtoniano, definiendo los datos de entrada y de salida. Luego se procedió a desarrollar un algoritmo para resolver los arreglos realizados en el análisis cinético del miembro inferior y del dispositivo, con lo cual se obtuvieron las cargas y momentos en el dispositivo necesarios para la elección de los actuadores rotativos. Se validó la geometría de cada elemento del dispositivo con el análisis de deformaciones mediante el método de elementos finitos, con ello se obtuvieron los planos de despiece y ensamble de los elementos del dispositivo. Por último, se elaboró el diseño preliminar del sistema de control del dispositivo, el cual consiste en el método Master-Slave e incluye en la lógica de control, un lazo externo, el cual realiza un control de seguimiento de posición, un lazo interno, el cual realiza un control de corriente (torque) y una retroalimentación mediante el sensor de posición/velocidad (encoder) de cada actuador rotativo. El resultado del presente trabajo es el diseño de un exoesqueleto de 2 GDL para los miembros inferiores, el cual se acopla a la plataforma del simulador de marcha desarrollado en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Asimismo, ayuda en la rehabilitación física de personas entre los 6 a 12 años con dificultades en la marcha para lo cual puede variar de altura entre los 55 a 75 cm según sea las características físicas de la persona a rehabilitar. Además, se espera que contribuya en el estudio de dispositivos robóticos en la rehabilitación física en nuestro país. El costo estimado, que incluye costos directos e indirectos del dispositivo, es de S/. 71,940.00 el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble.