Cabrera Blach, Rolando (2021) Diseño y optimización de una ortesis activa para la rehabilitación neurológica del miembro inferior / Desing and optimization of an active orthosis for the neurological rehabilitation of the lower limb. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 32Mb |
Resumen en español
Se diseño una ortesis activa para la rehabilitación del miembro inferior de pacientes que sufren la patología de pie en equino. Este es un trastorno muscular o neurológico, caracterizado porque el paciente no es capaz de realizar el movimiento de dorsiflexión del pie. En la actualidad, existen ciertas ortesis activas, las cuales permiten al paciente, según el grado de la patología, corregir esta incapacidad y acelerar la recuperación del mismo. Estas emplean tecnologías de actuadores de tipo electromecánico o neumático. Como alternativa, se planteo utilizar como actuador aleaciones de NiTi. Estas aleaciones sufren transformaciones de fase de tipo no displacivas, lo que les permite a partir de ciertas condiciones termomecánicas variar su forma y as funcionar como actuadores. Se estimaron especificaciones de diseño adecuadas a partir de modelos biomecánicos del cuerpo humano e información experimental disponible en la bibliografía. Se propuso un diseño de la ortesis y se estudio el comportamiento del mismo. Se evaluaron distintas mejoras estructurales que pueden realizarse mediante elementos nitos y algoritmos de optimización topológica. Se estudiaron distintas señales mioeléctricas correspondientes a la activación de músculos de interés, de modo tal de obtener y caracterizar una señal de activación del actuador. A través de un dispositivo de instrumentación se logro determinar que el momento provisto por la ortesis desarrollada fue del orden requerido por un paciente que sufre la patología, estando en el orden de los 5 N m, el rango angular cubierto por esta se corresponde con ∆α = 19, y la respuesta dinámica de actuación se encontró en el orden del minuto.
Resumen en inglés
An active orthosis was designed for the rehabilitation of the lower limb of patients suering from drop foot pathology. The later is the result of a muscular or neurological disorder, causing a patient disability to perform the dorsiflexion movement of the foot. Active orthotics are currently available, allowing the patient, depending on the degree of the pathology, to correct this disability and accelerate recovery. Conventional electromechanical and pneumatic actuators are commonly used. Alternatively, it was proposed to use NiTi alloys as actuators. They exhibit the mechanical property known as shape memory, which allows them to vary their shape under certain thermomechanical conditions and thus function as an actuator. Suitable design specications were estimated from biomechanical models of the human body and available experimental information. An orthosis design was proposed, and its behavior was experimentally characterized. Structural improvements were evaluated through nite element modeling, by using topological optimization algorithms. A control system was developed based in the detection of myoelectric signals from muscles of the human lower limb. A functional prototype was built to evaluate the performance of the proposed design.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | [Orthosis; Ortesis; Dropfoot; Pie en equino; Memory shape alloys; Materiales memoria de forma] |
| Referencias: | [1] Duerig, T. W. Engineering aspects of shape memory alloys: Shape memory alloy technology conference: Papers. Butterworth-Heinemann, 1990. ix, 6, 10 [2] Sadeghian, F., Zakerzadeh, M. R., Karimpour, M., Baghani, M. Numerical study of patient-specic ankle-foot orthoses for drop foot patients using shape memory alloy. Medical Engineering Physics, 69, 123-133, 2019. URL https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S1350453319300694. x, x, 16, 17,18 [3] Alam, M., Choudhury, I. A., Mamat, A. B. Mechanism and design analysis of articulated ankle foot orthoses for drop-foot. The Scientic World Journal, 2014, 1-14, 2014. URL https://doi.org/10.1155/2014/867869. xv, 19 [4] Santiago G. Pigretti, C. E. M. e. a., Matas J. Alet. Consenso sobre accidente cerebrovascular isquEmico agudo. MEDICINA, 79 (II), 1-46, 2019. URL www. sagg.org.ar/wp/wp-content/uploads/2019/06/Consenso_ACV-D.pdf. 1 [5] Gait 2392 and 2354 models. URL https://simtk-confluence.stanford.edu/display/OpenSim/Gait2392and2354Models. 16 [6] Bienvenue sur le site cast3m. URL http://www-cast3m.cea.fr/index.php?xml=presentation. 22 [7] Foundation, B. Home of the blender project - free and open 3d creation software. URL https://www.blender.org/. 24 [8] Genet, G. Development of Shape Memory Based Microactuators for Application in External Medical Devices: Bachelor's Thesis : Diploma 2019. Haute Ecole d'Ingenierie Sion, 2019. URL https://books.google.com.ar/books?id= U28HzgEACAAJ. 35 [9] Staton, D., Cavagnino, A. Convection heat transfer and flow calculations suitable for electric machines thermal models. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55, 3509-3516, 2008. 41 [10] Team, T. A. Software. URL https://www.arduino.cc/en/software. 45 [11] URL https://freeware.the-meiers.org/. 46 [12] Virtanen, P., Gommers, R., Oliphant, T. E., Haberland, M., Reddy, T., Cournapeau, D., et al. SciPy 1.0: Fundamental Algorithms for Scientic Computing in Python. Nature Methods, 17, 261-272, 2020. 50 [13] Imagej. URL https://imagej.nih.gov/ij/index.html. 60 [14] Carracedo, C. Desarrollo de un dispositivo para la realización de ensayos mecánicos in-situ en probetas de dimensiones reducidas. Instituto Balseiro, 2014. 68 |
| Materias: | Ingeniería mecánica > Diseño mecánico |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Física de metales |
| Código ID: | 1019 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 06 May 2022 14:44 |
| Última Modificación: | 06 May 2022 14:44 |
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