Diseño de un dispositivo para rehabilitación de rodilla mediante la optimización de mecanismos

Abstract

La articulación de rodilla es esencial para el sistema musculoesquelético del cuerpo humano, ya que cumple con dos funciones: permite soportar el peso del cuerpo y moverse a través del espacio. Al ser una articulación que está sometida a constante carga, está propensa a sufrir lesiones, enfermedades o patologías (artritis, lesiones y trastornos de cartílagos, lesiones en los ligamentos, entre otras), algunas de las cuales, para ser tratadas requieren de intervención quirúrgica y de un proceso de rehabilitación; el cual permite recuperar el movimiento de la articulación mediante ejercicios de extensión y flexión, ya sea de manera pasiva o activa. Los ejercicios de extensión y flexión pasiva generalmente son conducidos por parte de un médico o especialista (fisioterapeuta), sin embargo, ante el creciente número de pacientes con problemas de rodilla, se han desarrollado dispositivos de rehabilitación pasivos enfocados a la recuperación del movimiento en la articulación por medio de la extensión y flexión de rodilla, el rango de flexión que alcanzan es de 120°, y si se requiere desarrollar un rango mayor de flexión, estos dispositivos no son capaces de cubrirlo, por esta razón se realizó el diseño de un dispositivo de rehabilitación el cual abarca un rango de movimiento completo. Para su desarrollo se empleó la metodología clásica de diseño, se definieron 4 diseños conceptuales, se realizó la síntesis dimensional de los mecanismos en cada uno de ellos, se analizaron los resultados y se realizó la síntesis óptima al diseño conceptual seleccionado, pasando previamente por una etapa de rediseño, con el cual se logró obtener un mecanismo de 6 barras de un grado de libertad. Con el mecanismo optimizado se procedió al desarrollo del diseño de detalle. Los resultados mediante la simulación del ensamble y movimiento del diseño permitieron verificar el correcto funcionamiento y no se encontraron interferencias entre los eslabones del mecanismo, o entre los componentes del dispositivo y el análisis de elementos finitos permitió verificar la resistencia de los materiales propuestos.