Ingeniería Mecánica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado Diseño de una órtesis que compense las vibraciones del conjunto muñeca-mano en pacientes con Parkinson(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Aquise Leiva, Christian Noel Jr.; Elías Giordano, Dante ÁngelLa Enfermedad de Parkinson, caracterizada por síntomas como temblores disruptivos en muñecas y manos, representa un significativo desafío clínico. En respuesta a la falta de dispositivos ortopédicos especializados en Perú, se desarrolló una órtesis destinada a mejorar la autonomía y calidad de vida de los pacientes. Este dispositivo se distingue por su diseño accesible y su costo inferior al de las alternativas disponibles en el mercado, alineándose con la normativa alemana VDI 2221. La fase inicial del proyecto implicó un análisis detallado de los temblores musculares y de las tecnologías previas, resultando en una órtesis que fusiona un sistema de sujeción ajustable, una muñequera y un mecanismo de amortiguación económico para optimizar la comodidad del usuario. El estudio introduce un dispositivo innovador para tratar la enfermedad de Parkinson: un disipador de vibraciones de 2 grados de libertad que reduce de manera significativa los temblores en la mano. Este avance tecnológico funciona sincronizándose con las frecuencias específicas del temblor (4.5 Hz y 5.5 Hz), mejorando la precisión y el control de la mano en las actividades cotidianas. Adicionalmente, se realizó una estimación de costos que abarcó desde el diseño inicial hasta la fabricación del dispositivo, subrayando la importancia de la impresión 3D para una fabricación eficiente y personalizada. Este enfoque no solo redujo los costos, aumentando la probabilidad de contar con un dispositivo accesible, sino que también demostró la factibilidad de ofrecer soluciones ortopédicas innovadoras. De acuerdo con lo desarrollado, los costos de diseño y de fabricación son aproximadamente S/. 8,500.00 y S/. 800.00, respectivamente. El dispositivo, de tamaño compacto (62x96 mm) y peso ligero (menos de 500 g), ofrece una solución personalizada a los pacientes con Parkinson, representando una nueva alternativa para mejorar la calidad de vida de las personas que viven con la enfermedad.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una silla de ruedas con mecanismo de posicionamiento bípedo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-17) Atarama Del Águila, Carlos Mauricio; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este trabajo se presenta el diseño de una silla de ruedas, siguiendo la metodología de diseño VDI 2221, que permite posicionar verticalmente al usuario, con la finalidad que el usuario pueda relajar los músculos y ayudar a circular la sangre previniendo la formación de escaras. Además, ayuda al usuario a alcanzar otros objetos que escapan fueran de su radio desde la posición sentado. Esta silla de ruedas cuenta con un mecanismo capaz de levantar al usuario y colocarlo en una posición bípeda sin arriesgar su seguridad y comodidad. Cuenta con cinturones de seguridad, uno a la altura de la cintura, otro a la altura del pecho y otro a la altura de las rodillas, estos tres cinturones mantienen al usuario seguro en la posición bípeda. La elevación del usuario se realiza con un actuador de gas comprimido. En la posición sentada del usuario, este actuador se encuentra comprimido y la presión dentro del mismo es lo suficiente como elevar al usuario, y al momento de activar el mecanismo este actuador se descomprime y eleva al usuario disminuyendo la presión dentro del mismo. Para activar el conjunto del mecanismo, y por ende al actuador, se cuenta con unas palancas de mando que el usuario puede manejarlo de acuerdo a sus requerimientos. Este mecanismo de levante cuenta con un reposapiés que se regula de acuerdo al giro del asiento. Este reposa pies queda al ras del piso cuando el usuario está en posición bípeda ayudando a mantener el equilibrio del usuario. Por otro lado, el costo de esta silla de ruedas se estima en S/. 3,300, lo cuál es menor al monto previsto en los parámetros de diseño. Aun así, el diseño no está libre de ser sujeto de modificaciones que ayuden a mejorar la comodidad del usuario y la practicidad de la silla de ruedas.Ítem Texto completo enlazado Diseño del sistema mecánico de un equipo para la rehabilitación pasiva de la rodilla(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-12-16) Franco Vásquez, Bruno Enrique; Elías Giordano, Dante ÁngelLa presente tesis muestra el diseño de un sistema mecánico de un equipo para la rehabilitación pasiva de la rodilla, con el propósito de disponer de un primer acercamiento al desarrollo de un rehabilitador de rodilla portable. Este trabajo se enfocó en personas de la población peruana adulta que han requerido una intervención quirúrgica para tratar alguna patología de la rodilla o que han sufrido un accidente cerebro vascular (ACV) que afecta el miembro inferior. En la primera etapa se realiza una revisión de la antropometría, la anatomía y la fisiología de la rodilla, las patologías en esta articulación que pueden requerir de intervenciones quirúrgicas, los tipos de rehabilitación y los equipos empleados en la actualidad para la misma. Luego, se definieron las condiciones geométricas, cinemáticas y otras que se deben satisfacer parar lograr los movimientos de rehabilitación requeridos. Posteriormente, se elaboró el diseño conceptual del sistema mecánico, se desarrollaron la cinemática y cinética del mecanismo del sistema mecánico, el cálculo de diseño en los componentes de mayor relevancia y se seleccionaron los componentes motrices y estandarizados. El resultado del presente trabajo es un equipo cuyo rango de movimiento angular de la rodilla capaz de reproducir es de 0° hasta 120°, a una velocidad máxima de 150°/min gracias al accionamiento de un tornillo de potencia-tuerca; este sistema presenta un peso de 18 kg aproximadamente, cuyas dimensiones de largo, ancho y alto son de 128 cm, 33 cm y 47 cm, respectivamente. El rango de estatura de los pacientes a la cual se encuentra orientado este sistema es desde 159 cm hasta 190 cm; el peso máximo del paciente para el cual fue diseñado fue de 120 kg. El costo estimado de una sola unidad del sistema mecánico propuesto, el cual incluye los costos de diseño y fabricación, es de S/. 3600 y S/. 16906, respectivamente.Ítem Texto completo enlazado Diseño del sistema mecánico de un equipo para rehabilitación de la muñeca usando mecanismos paralelos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-08-03) Pajares Correa, Brian David; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente proyecto de investigación presenta una alternativa económica, de fabricación nacional, versátil y de bajo impacto ambiental para la fabricación de un equipo de alta tecnología usado en la medicina específicamente en pacientes con lesiones en la muñeca. Se trata de un equipo que utiliza tres actuadores eléctricos que al actuar conjuntamente permiten simular los movimientos de la muñeca que son pronación, supinación, flexión cubital, flexión radial, extensión y flexión. Se seleccionó la solución óptima entre 3 modelos considerando criterios económicos y técnicos. Esta solución incluye la utilización de dos actuadores eléctricos lineales modelo CAHB-10 serie 2 de la marca SKF. Estos actuadores tienen una longitud de carrera de 100 mm y una fuerza de empuje y tracción de 240 N. Su velocidad es de 24 a 30 mm/s. El tercer actuador es un motor eléctrico de pasos marca SureStep modelo STP-MTR-17048. Su torque de eje detenido es 0.59 N-m y fuerza máxima radial iguala 1.82 kg. Interactuando conjuntamente estos equipos, van a permitir realizar los movimientos complejos en simultáneo en pacientes con lesiones en la muñeca que necesitan una rehabilitación total. La solución óptima se realizó en SolidWork, un software en 3D para poder hacer simulaciones de movimiento y analizar las posiciones de máximos esfuerzos. El análisis de la posición de máximos esfuerzos permitió recaudar la información necesaria para analizar la resistencia de los componentes más críticos. La simulación en el software permitió además verificar que el equipo alcanza todos los máximos ángulos en todos los movimientos que se requiere en la rehabilitación. Finalmente se elaboró los planos de detalles, ensambles y se evaluó los costos de su fabricación. El costo del equipo es aproximadamente US$ 3,000. Se concluye que es posible realizar máquinas especializadas para personas que tienen una lesión a la muñeca y necesita de rehabilitación en el Perú.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un mecanismo del tipo exoesqueleto de miembros inferiores que permita reproducir patrones de movimiento(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-06) Garcés Beltrán, Andrés Eduardo; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este trabajo se desarrolló el diseño de un mecanismo del tipo exoesqueleto de miembros inferiores que permita reproducir patrones de movimiento. Se enfocó en aquellas personas con deficiencia del sistema nervioso referido a la parálisis de extremidades inferiores. Para poder realizar este prototipo, se contempló temas como la biomecánica. Además, se realizó el estudio de los diferentes tipos de dispositivos de asistencia, particularmente del tipo exoesqueleto, que existen en el mercado, permitiendo así tener una idea de las características que debe poseer el prototipo. Con la ayuda de la metodología de diseño, se planteó un prototipo que incluye un subsistema de suspensión de peso corporal que permite a la persona suspender para poder realizar otros tipos de movimientos de asistidos dirigidos para la rehabilitación; sin embargo, por temas de extensión del documento y porque no contempla el objetivo principal de la tesis, para este sub-sistema solo se realizó el diseño conceptual y los planos de sub-ensamble; centrándose el desarrollo de la ingeniería de detalle solo en el sub-sistema tipo exoesqueleto. A lo largo del capítulo de la ingeniería de detalle se verificó que las piezas que van a ser fabricadas soporten las cargas de trabajo para un ciclo de marcha normal; además de la selección de los principales componentes que darán energía al mecanismo o servirán para el sensado y control del sub-sistema. Luego de tener claro el dimensionamiento y características de los componentes se generaron los planos y costos, obteniéndose un costo aproximado de fabricación de 16,000.00 soles. Al final de este trabajo se habrá diseñado un primer acercamiento de un mecanismo para personas adultas jóvenes con altura entre 1,60 y 1,70 metros; peso entre 60 a 80 kilogramos; sus movimientos controlados estarán restringidos en el plano sagital; sin embargo, los rangos de movimientos en los otros planos permitirán recrear el ciclo de marcha normal entre 70 y 90 pasos por minutos, entre otros movimientos para rehabilitación. Finalmente se obtuvo algunas observaciones y recomendaciones para el mejoramiento del prototipo a futuro, además de las conclusiones sobre las lecciones aprendidas en el desarrollo de la tesis.Ítem Texto completo enlazado Modelación y simulación dinámica de un mecanismo de 4 GDL para desarrollar una prótesis para personas con desarticulación humeral(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-11-03) Bernal Padró, Mariano André; Elías Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo de tesis se realizó la modelación y la simulación dinámica de un mecanismo de 4 grados de libertad, orientado al diseño de prótesis activas para personas con desarticulación humeral. Este modelo facilita el análisis de la biomecánica del movimiento en el miembro superior con el fin de obtener parámetros dinámicos para iniciar un posterior diseño de la prótesis. Se realizó un diseño conceptual del mecanismo basándolo en las características fisiológicas del miembro superior, de tal manera que cumpla con los movimientos naturales y mantenga un parecido antropomórfico. Esto incluye una revisión de la fisiología para la obtención de los parámetros antropométricos necesarios para el dimensionamiento de los eslabones. En base al diseño preliminar, se desarrolló un modelo cinemático para el estudio de las características geométricas del movimiento, con el cuál se pueden describir las coordenadas de cualquier componente del mecanismo respecto a un sistema fijo al cuerpo. Esto se logró empleando las matrices de transformación homogénea según la parametrización Denavit-Hartenberg. Asimismo, el modelo cinético se describió mediante las ecuaciones obtenidas de servirse del algoritmo de Uicker para el estudio, aplicando conceptos de mecánica Lagrangiana, del cual se obtiene los momentos efectivos en cada articulación. Finalmente, el modelo fue implementado en Matlab para proceder con la simulación numérica de la dinámica del mecanismo, donde se realiza el cálculo de los torques efectivas aplicadas, cuyos valores máximos son los parámetros de selección para un posterior diseño. Los resultados aquí presentados, se contrastan con los obtenidos en literatura para validar los datos ofrecidos, los cuáles se encuentran dentro de rangos esperadosÍtem Texto completo enlazado Diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-02) Cerna Soto, Diego Augusto; Elías Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo se muestra el diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo del tipo 2- UPU (R), el cual cuenta con dos grados de libertad para realizar los movimientos de flexión dorsal-plantar e inversión-eversión, y una restricción pasiva que garantiza un punto de rotación fijo. El diseño se obtuvo mediante una exhaustiva investigación del estado del arte y la aplicación de la metodología indicada en el estándar alemán VDI 2221. El rehabilitador de tobillo propuesto es accionado por dos servomotores eléctricos lineales que permiten realizar trabajos pasivos y activos en flexión dorsal-plantar e inversión-eversión. De acuerdo a la configuración establecida, cada uno de estos movimientos se encuentra limitado a 30° y 18° respectivamente, y la carga máxima sobre el tobillo limitada a 120 Nm. Las dimensiones del equipo son 440 mm de altura, 450 mm de longitud y 250 mm de ancho; lo cual satisface los requerimientos ergonómicos de una persona con estatura aproximada al de la media de la población del Perú. Como resultado de este trabajo se obtienen los planos de ensamble y fabricación del equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo y los costos asociados a la fabricación de piezas, compra de componentes estandarizados, ensamble e instalación, y desarrollo de la ingeniería. El costo total del proyecto asciende a 8,770.00 USD.Ítem Texto completo enlazado Diseño mecánico de un dispositivo para ensayar implantes interespinosos en el conjunto vértebras-disco a nivel lumbar en el plano sagital mediano(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-25) Villegas Espinoza, Bruno Antonio; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente trabajo tiene por objetivo el diseño de un dispositivo que permita realizar los ensayos funcionales recomendados según estándares internacionales a los implantes columnares interespinosos. No obstante, dada la complejidad del comportamiento columnar, se restringe a la representación del movimiento de flexoextensión dentro del plano sagital, centrando el diseño en la posibilidad de comparar implantes de manera estandarizada. En este sentido, se presenta un modelo vertebral compuesto por los cuerpos y apófisis superior e inferior con 4 resortes que simulan la rigidez del disco intervertebral. Este modelo es soportado por la estructura del dispositivo que convierte la fuerza axial de la máquina de ensayo en un torque que genera la flexión y extensión requerida. Como primera parte, se realizó la revisión de la fisiología, alteraciones, biomecánica, implantes columnares, dispositivos y protocolos de ensayo para poder elaborar la lista de requerimientos. A pesar de no encontrarse dispositivos, ni estándares especializados en implantes interespinosos, se realizó el diseño en base a las recomendaciones dadas por los estándares ISO y ASTM para ensayos de similar naturaleza. En base a la lista de requerimientos se formularon diversos conceptos solución, de los cuales se escogió la solución más óptima mediante un análisis técnico-económico. El procedimiento de diseño mecánico partió de la geometría recomendada por los estándares. Se necesitó realizar el cálculo geométrico de la posición del cuerpo móvil del dispositivo, para obtener el giro en función al desplazamiento axial de la máquina de ensayo. En base al movimiento generado, se calcularon las reacciones por compresión en los resortes y el implante, y mediante las ecuaciones de equilibrio se pudo obtener la fuerza del actuador axial necesaria y las fuerzas generadas en cada elemento. Posteriormente se calcularon los esfuerzos críticos, verificando cada elemento a fluencia y fatiga, así como las deformaciones permisibles del dispositivo. Finalmente, como resultado del trabajo se obtuvo el diseño del sistema mecánico: formas geométricas y materiales definidos, selección de componentes estandarizados, así como los planos de despiece y ensamble del diseño. El costo total para desarrollar este proyecto se ha estimado en alrededor de USD 4,850, tomando en cuenta los costos de diseño, compra de materiales y componentes, costos de fabricación e imprevistos.Ítem Texto completo enlazado Diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha para niños con problemas de locomoción(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-03-17) Macavilca Román, José Carlos; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente trabajo consistió en el diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha orientado a la recuperación de la locomoción de niños entre cuatro a doce años de edad, quienes ostentan una mayor capacidad de recuperación motriz al estar en una etapa de desarrollo físico y mental. Esta tesis contempló el diseño mecánico de un mecanismo paralelo tipo hexápodo de notación 6RSS (de seis grados de libertad y de articulaciones R-rotacional, S-esférica y S-esférica), la selección de los componentes, la elaboración de los planos correspondientes y la estimación de los costos de fabricación y adquisición del sistema mecánico del simulador. Para tal fin, se estableció como base de análisis las proyecciones de las fuerzas en los eslabones respecto al plano sagital, donde a través del análisis del equilibrio dinámico de la plataforma se calcularon las fuerzas y torques en los elementos que conforman el rehabilitador. En vista de que, las fuerzas y torques estuvieron en función de las dimensiones de las cadenas cinemáticos del mecanismo, se procedió a determinar dichas medidas mediante iteraciones a través de programas desarrollados con el software Mathcad Prime 1®. Este proceso iterativo se realizó al considerar como parámetros cinemáticos la posición del talón y del dedo pulgar, así como la velocidad y aceleración del pie durante la marcha. Este arreglo de datos fue obtenido de bibliografía especializada, la cual fue almacenada por frames durante el ciclo de la marcha. Por ello, se empleó un factor de conversión de parámetros cinemáticos igual a 0.19, el cual relacionó la velocidad promedio de un adulto, proveniente de los frames, y la velocidad promedio de un niño. Con los resultados del cálculo, se aplicaron las teorías de resistencia de materiales y elementos de máquinas para seleccionar y/o diseñar los componentes. El movimiento rotacional es proporcionado por motores a pasos de gran torque (48 VDC, 6.3 A/fase, 9.1 Nm) los cuales accionan los mecanismos biela manivela de las cadenas cinemáticas. Asimismo, se diseñaron articulaciones esféricas con un ángulo máximo de variación de 59° que permiten abarcar la longitud de paso del rehabilitador. Este equipo fue diseñado para ser utilizado por un niño de un peso máximo de 42 kg. y estatura máxima de 1.50 m. El costo total del rehabilitador ascendió a $ 20500, el cual incluyó los costos de material, ensamble y diseño.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un vehículo aéreo no tripulado de cuatro rotores para una carga útil de 1 kg(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-26) Tabuchi Fukuhara, Rubén Toshiharu; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente trabajo tuvo como objetivo el diseño de un Vehículo Aéreo no Tripulado (VANT) de tipo multirotor con capacidad de carga de hasta un kilogramo - que puede representar una cámara o sensores para el monitoreo de una variable en específico. En la primera parte se hizo una revisión de la bibliografía y estado del arte de los sistemas aéreos no tripulados. Luego, se procedió a definir los requisitos para el diseño de la unidad. Debido a que el desarrollo de estos equipos es reciente, no existen publicaciones o libros que detallen una metodología para la selección de los componentes, por lo que en esta tesis se diseñó e implementó una propia que permitió seleccionar el sistema de propulsión óptimo que incluye los motores, las hélices y las baterías. En la siguiente etapa se diseñó la estructura para alojar a todos los componentes del VANT. Se realizó una simulación de las cargas para evaluar la resistencia, aerodinámica y vibraciones del VANT mediante un software de elementos. Los resultados fueron positivos, por lo que se puede asegurar un correcto funcionamiento ante una futura implementación. Finalmente, el resultado de este trabajo culminó con una lista de componentes, planos y un presupuesto de alrededor de $6300 en los que se incluye los costos de materiales, diseño de ingeniería y manufactura. El VANT diseñado tiene como dimensiones generales 1014x1007x200 mm, tiene un peso de alrededor de los 7.5 kg y está en capacidad transportar consigo una carga de un kilogramo con vientos de hasta 8 m/s.