1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
5. Tesis CENIDET
6. Tesis Doctorado
7. Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

Título:	Diseño y Control de un Exoesqueleto para Aumentar la Fuerza
Autor:	Martínez Mata, Arturo Javier
metadata.dc.subject.other:	Exoesqueletos, CTPAR, CTPAC, MCS ADAMS, cinemática y dinámica
Data:	2025-01-10
Editora:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Descrição:	El levantamiento o soporte de carga sigue siendo una tarea común entre excursionistas, militares y en actividades de entornos industriales. Estas cargas implican trabajo físico, como levantar materia prima para manufactura o ensamblar productos manualmente en posiciones incómodas. Sin embargo, estas acciones, efectuadas de manera repetitiva, de acuerdo con la Organización Internacional del Trabajo, podrían provocar disminución de la capacidad física, dolor, debilidad o rigidez, incluso en casos más severos, serias lesiones a la espalda del usuario. Durante las últimas dos décadas se ha estado investigando acerca de la integración de exoesqueletos para aumentar la fuerza. Aunque esta tecnología ha estado madurando, todavía está en proceso de estudio y perfeccionamiento, debido a la complejidad de sincronizar los movimientos entre el humano y el robot, así como la necesidad de desarrollar dispositivos más confortables y ligeros. En esta tesis doctoral se presenta la investigación llevada a cabo para el desarrollo de un exoesqueleto de extremidades inferiores. Este dispositivo busca abordar el problema del peso excesivo de los dispositivos actuales, proponiendo una solución más liviana y estructuralmente eficiente, sin que se pierda su capacidad de resistencia estructural y que además permita al usuario reducir un porcentaje de carga adicional. Se exponen los aportes en los desarrollos ingenieriles. Posteriormente, se realizó un estudio cinemático de la marcha humana basado en la obtención de posiciones angulares de las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo, para determinar las dimensiones de los eslabones del exoesqueleto. Enseguida se llevó a cabo un estudio de dos estructuras denominadas Configuración de Transferencia de Peso a la Rodilla (CTPAR) y Configuración de Transferencia de Peso a la Cadera (CTPAC). Se realizó un análisis estático de ambas configuraciones utilizando una carga de 20 kg para evaluar la resistencia del exoesqueleto, y ver las distribuciones de las tensiones y torques aplicados durante esta posición. Este análisis permitió ver que la CTPAC generaba un menor esfuerzo total (18%) en los torques de la articulación de la cadera y rodilla, en comparación con la CTPAR. El análisis estático se corroboró numéricamente mediante MCS ADAMS donde se implementó un control de posición PD en cada una de las articulaciones de la pierna: cadera, rodilla y tobillo. Posteriormente, se desarrolló un análisis dinámico de la estructura seleccionada, utilizando el formulismo de Euler-Lagrange donde se cuantificaron los torques durante dos etapas de marcha: a) fase de apoyo con carga adicional y, b) fase de oscilación. Además, se desarrolló un prototipo experimental del exoesqueleto con el fin de validar la cinemática de los eslabones, cuyo control fue diseñado en la plataforma LabVIEW National Instruments e integrado en tiempo real mediante la tarjeta myRIO. Asimismo, se investigó el desempeño del exoesqueleto con la interacción con el usuario y la carga aplicada de 11.5 kg. Los hallazgos obtenidos a través la medición de manera indirecta de los torques de los motores permiten concluir que si es viable transferir un 50% de porcentaje del peso al suelo utilizando el exoesqueleto propuesto. Este trabajo contribuye al campo del diseño de exoesqueletos, ofreciendo un enfoque integrador que combina análisis teórico, de simulación y hallazgos en las pruebas experimentales, y sienta las bases para futuros desarrollos en dispositivos de aumento de fuerza.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
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