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Título : Diseño mecánico de un equipo para rehabilitación física de tobillo, por medio de un sistema de motores eléctricos y plataforma móvil.
Autor : Cobo Viteri, Antony Juan
Director(es): Novillo Andrade,Geovanny Guillermo
Tribunal (Tesis): Orna Chávez, Javier Enrique
Palabras claves : DISEÑO MECÁNICO;ANÁLISIS CINEMÁTICO;ANÁLISIS CINÉTICO;REHABILITACIÓN FÍSICA;MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
Fecha de publicación : 5-feb-2018
Editorial : Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
Citación : Cobo Viteri, Antony Juan. (2018). Diseño mecánico de un equipo para rehabilitación física de tobillo, por medio de un sistema de motores eléctricos y plataforma móvil. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba.
Identificador : UDFM;15T00681
Abstract : This technological proposal deals with carrying out the mechanical design with CAD and CAE tools of an equipment for the physical ankle rehabilitation and balance training through two mobile platforms activated by servomotors, fitted, in turn, in a support and assistance structure. The equipment performs three movements, dorsal flexion, sole inversion, eversion and adduction abduction. For this proposal development, the state of the art was the first stage. The corresponding interviews to a physiatrist and physiotherapeutic were carried out to obtain the client needs. With the methodologies od conceptual design stressing the quality design QFD the equipment specifications were obtained Three design alternatives were formulated from which the best solution was obtained. With the consolidated conceptual design of the machine the detail design was performed. The equipment CAD modelling with the SolidWorks as well as the kinetics simulations in ADAMS were carried out on the basis of the following parameters, when the most extreme cycle is executed which will be a combination of such movements, going to the maximum ranges of mobility and the maximum rehabilitation speed with which the most critical loads generated in the mechanical elements were obtained. With these loads, the analytic design by resistance and rigidity of each element was carried out. The analytically obtained result were validated applying the method of finite elements with ANSYS. In the process of analysis of the model, the most critical mechanical element was the axis of FD-FP, when verifying its behavior in ANSYS, a maximum equivalent effort of Von Misses was obtained of 478.07 MPa, which was the highest effort in all the mechanical elements, with a safety factor of 1.61, as a consequence of the compact design of the shaft and its geometry. This equipment has the 3 degrees of freedom (GDL) and with the maximum ranges of mobility that the ankle joint has, FP / FD = 50/30 °, IN / EV = 30/20 ° and AD AB = 26/36 °. The maximum weight of the user is 130 kgf, the equipment for physical ankle rehabilitation will have an additional function, balance training for patients with neuronal diseases, through two mobile platforms, in turn housed in a support structure.
Resumen : Esta propuesta tecnológica tiene como objetivo realizar el diseño mecánico con herramientas CAD y CAE de un equipo para rehabilitación física de tobillo, tiene tres movimientos: flexión dorsal/plantar (FD/FP), inversión/eversión (IN/EV) y aducción/abducción (AD/ABD). Para el desarrollo de esta propuesta se inició con la investigación del estado del arte, se realizó entrevistas a profesionales médicos del Hospital Estatal de Baeza a fin de obtener la voz del usuario. Con las metodologías de diseño conceptual, centrándonos en el diseño para la calidad (QFD), se obtuvo las especificaciones del equipo; se formularon tres alternativas, de las cuales se seleccionó mejor solución em base al método de criterios ponderados; con el diseño del concepto de la máquina se procedió con el diseño de detalle; se inició la modelación CAD del equipo en SolidWorks y se realizó la simulación cinemática – cinética en ADAMS, en base a los siguientes parámetros: cuando el modelo ejecute en el software un ciclo de movimiento extremo, que sería, una combinación de los tres movimientos FD/FP, IN/EV, y AD/ABD, desplazándose a sus rangos máximos de movilidad y a la máxima velocidad de rehabilitación, con lo cual se obtuvo las cargas más críticas que se generarán en los elementos mecánicos, con estas cargas se realizó el diseño teórico de cada elemento, se validó los resultados obtenidos aplicando el método de elementos finitos con ANSYS. Este equipo cuenta con los 3 GDL y con los rangos máximos de movilidad que tiene la articulación de tobillo, FP/FD = 50/30°, IN/EV = 30/20° y AD AB = 26/36°. El peso máximo del usuario es de 130 kgf. En el proceso de diseño mecánico del modelo, el elemento mecánico más crítico fue el eje de FD-FP que, al verificar su comportamiento en ANSYS, bajo las condiciones de carga y movimiento programadas en ADAMS, se obtuvo un esfuerzo equivalente máximo de Von Misses de 478.07 MPa, el cual fue el esfuerzo más alto en todos los elementos mecánicos, con un factor de seguridad de 1.61, consecuencia del diseño compacto del eje y su geometría. El equipo para rehabilitación física de tobillo tendrá también una función adicional, el entrenamiento del equilibrio y coordinación para pacientes con enfermedades neuronales, mediante dos plataformas móviles, a su vez alojadas en una estructura de soporte y asistencia.
URI : http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/9204
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