Diseño de un exoesqueleto para prevenir y cuidar la columna vertebral de lesiones lumbares

Abstract

El trabajo que se plantea refiere al diseño de un exoesqueleto, actualmente no se tiene muchos dispositivos que ayuden a prevenir lesiones en la zona lumbar, siendo este tipo de lesiones muy común en un gran porcentaje de la población mundial, tiene el objetivo principal de detallar el diseño de un exoesqueleto que proporcione soporte lumbar para evitar lesiones lumbares en el usuario, se empleó la metodología tecnológica de diseño aplicando el método VDI 2221, lo cual ayudó en la generalización del proceso de diseño ingenieril, el cual nos permitió dimensionar las fuerzas que se requieren para el correcto funcionamiento del diseño planteado en la presente investigación, se analizó la forma de movimiento del usuario al momento de ejercer esfuerzo en la zona lumbar con el fin de analizarlo matemáticamente y dar una solución efectiva. El diseño fue elaborado buscando la mayor eficiencia de materiales presentes en las partes mecánicas, componentes electrónicos y en el sistema de control de todos los sistemas, asegurando la robustes y confiabilidad del diseño planteado al momento de ser usado. Para tal motivo se utilizó software de modelamiento 3D Inventor versión estudiantil para la simulación de esfuerzos y diseño de los mecanismos, también se utilizó software de simulación de circuitos electrónicos para analizar el comportamiento de los circuitos electrónicos de control buscando tener la mayor eficiencia y confiabilidad de estos, para la programación del control de todos los sistemas se utilizó lenguaje C++ mediante el IDE Arduino ya que cuenta con librerías que ayudan a tener mayor versatilidad al momento de programar. El diseño consta de una faja que se pretende brindar un soporte sólido al área lumbar para poder mantener la columna recta y brindar apoyo durante la carga, al mismo tiempo que ayuda a sostener y unir con el cuerpo humano el exoesqueleto para su mejor rendimiento. A continuación, los sensores ubicados en la zona inferior de la columna identifican si la columna sufre una desviación y se corrige la postura en caso se detecte una desviación. Para el apoyo mecánico del exoesqueleto se cuenta con un sistema de tracción con un sistema de engranaje planetario accionado por un motor Nema 17 que tiene un factor de par operativo de 4800 g.cm. Según estos datos, el exoesqueleto está dispuesto a proporcionar un mayor torque al multiplicar su fuerza y así poder ayudar a cargar el cuerpo humano.