Diseño y construcción de una máquina para rehabilitación de extremidades superiores con control de velocidad

En el presente documento observa el desarrollo del prototipo de una máquina para realizar ejercicios de rehabilitación en miembros superiores del cuerpo humano, la cual cuenta con un control de velocidad en lazo cerrado y con una interfaz gráfica en celular con plataforma Android. El proyecto inició...

Full description

Autores:
Aparicio Ruidíaz, José Enrique
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2014
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
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Palabra clave:
Mechatronic Engineering
Limb Rehabilitation
Machine Design
Investigations
Analysis
Prototype development
Android
Speed ​​control
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Ingeniería mecatrónica
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Diseño de máquinas
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Análisis
Desarrollo de prototipos
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description En el presente documento observa el desarrollo del prototipo de una máquina para realizar ejercicios de rehabilitación en miembros superiores del cuerpo humano, la cual cuenta con un control de velocidad en lazo cerrado y con una interfaz gráfica en celular con plataforma Android. El proyecto inició con un estudio de las necesidades de equipos para personas con problema físicos y de la iniciativa de mejorar un dispositivo mecánico que realiza un apoyo a las fisioterapias. Se hizo una disertación de las maneras más sencillas en que se pueden realizar este tipo de prototipos teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de transmisión del movimiento. Después de evaluar y clasificar los criterios que se necesitan para este, se escogen varias opciones poniendo en tela de juicio la que mejor se acople a nuestros criterios de diseño. A continuación se trabajó en un modelo mecánico teniendo en cuenta algunos conceptos de resistencia materiales, funcionalidad del prototipo, transmisión del movimiento, buscando simplicidad en el proceso de fabricación de acuerdo al prototipo. Con el prototipo construido se diseñó el control de velocidad en lazo cerrado, dando paso a una interfaz gráfica en la plataforma Android en la cual se asignara el valor deseado al sistema y por último se realizaron algunas pruebas básicas de funcionalidad del sistema integrado.
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El proyecto inició con un estudio de las necesidades de equipos para personas con problema físicos y de la iniciativa de mejorar un dispositivo mecánico que realiza un apoyo a las fisioterapias. Se hizo una disertación de las maneras más sencillas en que se pueden realizar este tipo de prototipos teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de transmisión del movimiento. Después de evaluar y clasificar los criterios que se necesitan para este, se escogen varias opciones poniendo en tela de juicio la que mejor se acople a nuestros criterios de diseño. A continuación se trabajó en un modelo mecánico teniendo en cuenta algunos conceptos de resistencia materiales, funcionalidad del prototipo, transmisión del movimiento, buscando simplicidad en el proceso de fabricación de acuerdo al prototipo. Con el prototipo construido se diseñó el control de velocidad en lazo cerrado, dando paso a una interfaz gráfica en la plataforma Android en la cual se asignara el valor deseado al sistema y por último se realizaron algunas pruebas básicas de funcionalidad del sistema integrado.Tabla de Figuras .................................................................................................... 5 Tabla de Cuadros .................................................................................................. 7 RESUMEN .............................................................................................................. 8 OBJETIVOS ............................................................................................................ 9 OBJETIVOS GENERAL ...................................................................................... 9 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN .................................. 10 ANTECEDENTES ................................................................................................. 12 MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 18 Mecanoterapia. ................................................................................................. 18 Biomecánica ..................................................................................................... 18 Modelo Humano. ............................................................................................ 22 Parámetros Inerciales .................................................................................... 24 Rueda ................................................................................................................ 26 Maquina Simple ............................................................................................... 26 Mecánicos ........................................................................................................ 27 Elementos de unión ......................................................................................... 27 Elementos de unión fija .................................................................................. 27 Elementos de unión desmontable: ................................................................. 27 Elementos de transmisión .............................................................................. 28 Elementos de pivotar y rodadura ................................................................... 28 Eléctricos .......................................................................................................... 28 Generadores de movimiento .......................................................................... 29 De control y maniobra .................................................................................... 29 Electrónicos ..................................................................................................... 29 PLC ................................................................................................................ 30 pág. 3 Arduino ........................................................................................................... 32 Mecanismo ....................................................................................................... 35 Sistema de Control .......................................................................................... 35 Clasificación de los sistemas de control según su comportamiento ............... 36 Sistema de control de lazo abierto ............................................................. 36 Sistema de control de lazo cerrado ............................................................ 37 Tipos de sistemas de control .......................................................................... 38 Hechos por el hombre ................................................................................ 38 Naturales. ................................................................................................... 41 Hechos por el hombre y naturales. ............................................................. 41 De cualquier tipo. ........................................................................................ 41 Control Predictivo. ...................................................................................... 42 Características ............................................................................................... 42 La ingeniería en los sistemas de control. ....................................................... 43 El diseño por análisis .................................................................................. 43 Actuadores y Sensores ................................................................................... 44 Actuadores ..................................................................................................... 44 Actuadores Eléctricos..................................................................................... 45 Moto-reductores ............................................................................................. 46 Concepto de relación de reducción en un Motor reductor .............................. 47 Concepto de par o torque en un Motor reductor ............................................ 48 DISEÑO METODOLOGICO .................................................................................. 50 Análisis bibliográfico y estudio documental ................................................. 50 Selección de sensores y actuadores ............................................................. 51 Bocetos y Diseño en CAD .............................................................................. 51 Estudio del control y mecanismos ................................................................. 51 Diseño, Simulación e Implementación........................................................... 51 Especificaciones .............................................................................................. 51 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .................................................................... 52 DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................................ 53 Diseño Mecánico ............................................................................................. 53 Selección de Actuadores ................................................................................ 54 Diseño Electrónico .......................................................................................... 60 Diseño de Controlador .................................................................................... 62 Programación de la Tarjeta de Control Arduino ADK ..................................... 68 PRESUPUESTO ................................................................................................... 69 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 70 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 72 Anexos ................................................................................................................. 75PregradoIn this document, we observe the development of the prototype of a machine to perform rehabilitation exercises in the upper limbs of the human body, which has a closed-loop speed control and a graphical interface on a cell phone with Android platform. The project began with a study of the equipment needs for people with physical problems and the initiative to improve a mechanical device that supports physiotherapies. A dissertation was made on the simplest ways in which this type of prototype can be made, taking into account the different transmission mechanisms of movement. After evaluating and ranking the criteria that are needed for this, several options are chosen, questioning the one that best fits our design criteria. Next, we worked on a mechanical model, taking into account some concepts of material resistance, prototype functionality, movement transmission, seeking simplicity in the manufacturing process according to the prototype. With the prototype built, the closed-loop speed control was designed, giving way to a graphical interface on the Android platform in which the desired value was assigned to the system, and finally some basic functionality tests of the integrated system were carried out.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño y construcción de una máquina para rehabilitación de extremidades superiores con control de velocidadDesign and construction of an upper limb rehabilitation machine with speed controlIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic EngineeringLimb RehabilitationMachine DesignInvestigationsAnalysisPrototype developmentAndroidSpeed ​​controlSolidWorksIngeniería mecatrónica Rehabilitación de extremidadesDiseño de máquinasInvestigacionesAnálisisDesarrollo de prototiposAndroidControl de velocidadSolidWorksAparicio Ruidíaz, José Enrique (2014). Diseño y construcción de una máquina para rehabilitación de extremidades superiores con control de velocidad. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1]FISAUDE. Gustav Zander. <http://www.fisaude.com/fisioterapia/articulos-de-opinion/gustav-zander.html>.[2]FISIOSTORE. Physio rueda hombro. <http://fisiostore.es/fisioterapia-y-rehabilitacion/physio-rueda-hombro.html>.[3]FISIOSTORE. Physio rueda mini bici. <http://fisiostore.es/fisioterapia-y-rehabilitacion/physio-rueda-mini-bici.html>.[4]FISIOSTORE. Physio rueda muñeca. < http://fisiostore.es/fisioterapia-y-rehabilitacion/physio-rueda-mu-eca.html>.[5]QUESNOT, A., CHANUSSOT, J. Rehabilitación del miembro superior; Fumat, Carole., Chanussot, Jean-Claude (Ilustraciones). 1ª ed. Editorial Medica Panamericana.[6]LUIS BERNAL. Mecanoterapia. <http://www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/rehabilitacion/mecanoterapia.pdf>.[7]WIKIPEDIA. Mecanoterapia <http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanoterapia>.[8]FISSIOTERAPIA. 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