Diseño y desarrollo de un dispositivo de análisis biomecánico para la articulación del codo

Abstract

El present treball de fi de grau descrit en aquest document se centra en el desenvolupament d’una ortesi de colze amb assistència mecànica, concebuda com un prototip funcional orientat a l’estudi del moviment de flexió del membre superior dret. El treball s’aborda des d’una perspectiva d’enginyeria aplicada, integrant el disseny d’un dispositiu ortèsic amb eines d’anàlisi mecànica i de registre del moviment, amb l’objectiu d’obtenir una solució tècnica basada en l’anàlisi funcional del colze.

El projecte s’estructura al voltant de dues línies principals de desenvolupament. En primer lloc, s’aborda el disseny mecànic de l’ortesi, definint la geometria del dispositiu, la seva arquitectura general i els mecanismes necessaris per al seu funcionament. El disseny es desenvolupa mitjançant eines de disseny assistit per ordinador, fet que permet analitzar diferents configuracions i establir una solució ajustable i adaptable a diferents usuaris. Aquest procés inclou la selecció de materials i la integració d’elements normalitzats, com ara sistemes de subjecció, encoixinat i un sistema elàstic d’assistència al moviment.

El desenvolupament mecànic del dispositiu es complementa amb una anàlisi estructural orientada a avaluar el comportament de l’ortesi sota condicions de càrrega representatives del seu ús. Aquesta anàlisi permet estudiar la distribució d’esforços als components principals del sistema i constitueix una etapa clau en la verificació del prototip.

De manera paral·lela, el treball inclou l’anàlisi del moviment del colze combinant un plantejament teòric amb dades experimentals obtingudes mitjançant sensors inercials, permetent estudiar la interacció entre el dispositiu i l’usuari i obtenir informació quantitativa en condicions controlades.

El presente trabajo de fin de grado descrito en este documento se centra en el desarrollo de una órtesis de codo con asistencia mecánica, concebida como un prototipo funcional orientado al estudio del movimiento de flexión del miembro superior derecho. El trabajo se aborda desde una perspectiva de ingeniería aplicada, integrando el diseño de un dispositivo ortésico con herramientas de análisis mecánico y de registro del movimiento, con el objetivo de obtener una solución técnica basada en el análisis funcional del codo.

El proyecto se estructura en torno a dos líneas principales de desarrollo. En primer lugar, se aborda el diseño mecánico de la órtesis, definiendo la geometría del dispositivo, su arquitectura general y los mecanismos necesarios para su funcionamiento. El diseño se desarrolla mediante herramientas de diseño asistido por ordenador, lo que permite analizar diferentes configuraciones y establecer una solución ajustable y adaptable a distintos usuarios. Este proceso incluye la selección de materiales y la integración de elementos normalizados, como sistemas de sujeción, acolchado y un sistema elástico de asistencia al movimiento.

El desarrollo mecánico del dispositivo se complementa con un análisis estructural, orientado a evaluar el comportamiento de la órtesis bajo condiciones de carga representativas de su uso. Este análisis permite estudiar la distribución de esfuerzos en los componentes principales del sistema y analizar su respuesta mecánica, constituyendo una etapa clave en la verificación del prototipo.

De forma paralela, el trabajo incluye el análisis del movimiento del codo, combinando un planteamiento teórico con la obtención de datos experimentales mediante sensores inerciales, lo que permite estudiar la interacción entre la órtesis y el usuario y obtener información cuantitativa del movimiento en condiciones controladas.

The present final degree project described in this document focuses on the development of an elbow orthosis with mechanical assistance, conceived as a functional prototype aimed at the study of flexion movement of the right upper limb. The work is approached from an applied engineering perspective, integrating the design of an orthotic device with mechanical analysis and motion recording tools in order to obtain a technical solution based on the functional analysis of the elbow.

The project is structured around two main lines of development. Firstly, the mechanical design of the orthosis is addressed, defining the geometry of the device, its overall architecture and the mechanisms required for its operation. The design is carried out using computer-aided design tools, allowing the analysis of different configurations and the establishment of an adjustable solution adaptable to different users. This process includes material selection and the integration of standard components such as fixation systems, padding and an elastic assistance system.

The mechanical development of the device is complemented by a structural analysis aimed at evaluating the behaviour of the orthosis under representative loading conditions. This analysis allows the stress distribution in the main components of the system to be assessed and constitutes a key stage in the verification of the prototype.

In parallel, the work includes the analysis of elbow movement by combining a theoretical approach with experimental data acquired using inertial sensors. This approach enables the study of the interaction between the orthosis and the user and provides quantitative information on elbow movement under controlled conditions.