Diseño y construcción de un dispositivo de asistencia al movimiento estar sentado - estar de pie para adultos mayores

Una de las consecuencias del envejecimiento del ser humano es la pérdida de potencia muscular, lo que conlleva una disminución en la funcionalidad física. En el caso de que un adulto mayor pierda la capacidad de pararse de la silla por si mismo, tiende a tener una vida más sedentaria, lo que perjudi...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Fabiani, Joaquín
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2024
Materias:
Ingeniería mecánica
Exoskeleton
Exoesqueleto
Devices
Dispositivos
[Assistance
Asistencia
Design
Diseño
Mechanics
Mecánica [Rehabilitation
Rehabilitación
Sit to stand]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1271/1/1Fabiani.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description Una de las consecuencias del envejecimiento del ser humano es la pérdida de potencia muscular, lo que conlleva una disminución en la funcionalidad física. En el caso de que un adulto mayor pierda la capacidad de pararse de la silla por si mismo, tiende a tener una vida más sedentaria, lo que perjudica aun más su calidad de vida y su bienestar. Esto hace necesario contar con un dispositivo de asistencia al movimiento estar sentado - estar de pie (STS por sus siglas en ingles). En este trabajo se presenta el diseño y desarrollo de un exoesqueleto que cumple con tal función. En una primera parte, se plantean los requerimientos de diseño que el dispositivo debe satisfacer. Luego, se describen cada uno de los cuatro sistemas que lo componen: un sistema de actuación, un sistema de electrónica y control, un sistema de fijación corporal y un sistema estructural. El concepto seleccionado para el desarrollo del actuador se basa un mecanismo que implementa una polea diferencial que acciona un cable, que al tensionarse y al pasar por otra polea colocada a la altura de la rodilla del paciente, produce el momento necesario para realizar el STS. En la etapa de diseño del sistema estructural, se realizó un análisis de esfuerzos y falla de los componentes que trabajan en las situaciones más críticas. Para ello se utilizaron modelos analíticos y técnicas de elementos finitos. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos de la evaluación del funcionamiento del exoesqueleto una vez fabricado. Se observa que el sistema estructural diseñado permite la movilidad suficiente para realizar distintos movimientos asociados al STS (pararse, sentarse y caminar). Se detectaron problemas en el sistema de actuación mecánico, para los cuales se propusieron soluciones. El diseño logrado es un gran avance a partir del cual se puede desarrollar, implementar y ensayar experimentalmente distintos tipos de actuadores, para obtener luego un diseño más refinado que pueda ser utilizado por personas que lo requieran.
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spelling I25-R131-12712024-09-12T18:44:32Z Diseño y construcción de un dispositivo de asistencia al movimiento estar sentado - estar de pie para adultos mayores Development of a Sit-to-Stand assistance device for elderly people Fabiani, Joaquín Ingeniería mecánica Exoskeleton Exoesqueleto Devices Dispositivos [Assistance Asistencia Design Diseño Mechanics Mecánica [Rehabilitation Rehabilitación Sit to stand] Una de las consecuencias del envejecimiento del ser humano es la pérdida de potencia muscular, lo que conlleva una disminución en la funcionalidad física. En el caso de que un adulto mayor pierda la capacidad de pararse de la silla por si mismo, tiende a tener una vida más sedentaria, lo que perjudica aun más su calidad de vida y su bienestar. Esto hace necesario contar con un dispositivo de asistencia al movimiento estar sentado - estar de pie (STS por sus siglas en ingles). En este trabajo se presenta el diseño y desarrollo de un exoesqueleto que cumple con tal función. En una primera parte, se plantean los requerimientos de diseño que el dispositivo debe satisfacer. Luego, se describen cada uno de los cuatro sistemas que lo componen: un sistema de actuación, un sistema de electrónica y control, un sistema de fijación corporal y un sistema estructural. El concepto seleccionado para el desarrollo del actuador se basa un mecanismo que implementa una polea diferencial que acciona un cable, que al tensionarse y al pasar por otra polea colocada a la altura de la rodilla del paciente, produce el momento necesario para realizar el STS. En la etapa de diseño del sistema estructural, se realizó un análisis de esfuerzos y falla de los componentes que trabajan en las situaciones más críticas. Para ello se utilizaron modelos analíticos y técnicas de elementos finitos. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos de la evaluación del funcionamiento del exoesqueleto una vez fabricado. Se observa que el sistema estructural diseñado permite la movilidad suficiente para realizar distintos movimientos asociados al STS (pararse, sentarse y caminar). Se detectaron problemas en el sistema de actuación mecánico, para los cuales se propusieron soluciones. El diseño logrado es un gran avance a partir del cual se puede desarrollar, implementar y ensayar experimentalmente distintos tipos de actuadores, para obtener luego un diseño más refinado que pueda ser utilizado por personas que lo requieran. One of the consequences of human aging is the loss of muscle strength, leading to a decline in physical functionality. When the elderly lose the ability to stand up from a chair independently, they tend to lead a more sedentary lifestyle, further deteriorating their quality of life and well-being. This raises the need for an assistive device for sit-to-stand (STS) movements. This work is on the design and development of an exoskeleton to fulfill this function. Firstly, the design requirements that the device must meet are outlined. Then, each of its four subsystems is described: an actuation system, an electronics and control system, a body fixation system, and a structural system. The chosen concept for the actuator development is based on a mechanism that consists of a differential pulley, where a cable is tensioned and passed through another pulley positioned at the patient’s knee level, generating the necessary moment to perform the STS movement. During the structural system design phase, stress and failure analyses of the components under the most critical conditions were conducted using analytical models and finite element techniques. Finally, the results of the exoskeleton’s performance evaluation are presented. It was observed that the designed structural system allows sufficient mobility for various STS-associated movements (standing, sitting, and walking). Problems were identified in the mechanical actuation system, for which solutions were proposed. The achieved design is a significant advancement, serving as a foundation for developing, implementing, and experimentally testing various types of actuators in the path of obtaining a more refined model, able to be used by patients who require this kind of assistance. 2024-06-27 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1271/1/1Fabiani.pdf es Fabiani, Joaquín (2024) Diseño y construcción de un dispositivo de asistencia al movimiento estar sentado - estar de pie para adultos mayores / Development of a Sit-to-Stand assistance device for elderly people. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1271/

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