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D.F. 2009
CARTA CESIÓN DE DERECHOS En la Ciudad de _México__ el día _26__del mes _junio__ del año _2009__, el (la) que
suscribe ____Ing. Arturo Chávez Arreola___ alumno (a) del Programa de _Maestría en
Ciencias en Ingeniería Mecánica con número de registro _A070305_, adscrito a la Sección de
Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME unidad Zacatenco, manifiesta que es autor
(a) intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección del Dr. Guillermo Urriolagoitia
Calderón y el Dr. Guillermo Urriolagoitia Sosa_ y cede los derechos del trabajo intitulado
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla, al
Instituto Politécnico Nacional para su difusión, con fines académicos y de investigación.
Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos del
trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido
escribiendo a la siguiente dirección [email protected]. Si el permiso se otorga, el
usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo.
Ing. Arturo Chávez Arreola
Nombre y firma
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
RESUMEN
Resumen
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
II
RESUMEN
El presente trabajo muestra la metodología para el diseño mecánico de una máquina para terapia
de movimiento pasivo continuo en rodilla.
Primero se menciona un aspecto general de la discapacidad, sus diferentes tipos algunas causas y
más específicamente la discapacidad motriz. Se mencionan los padecimientos más comunes de
rodilla, algunas alternativas de rehabilitación como la fisioterapia y el movimiento pasivo
continuo CPM. También se mencionan algunos equipos de rehabilitación que existen actualmente
en el mercado para terapias de rehabilitación de miembros inferiores.
Posteriormente se describen las partes que forman la rodilla como son: huesos, meniscos,
ligamentos, músculos, etc. se describe cada uno de estos y se menciona la función que realiza
para que la rodilla funcione de manera adecuada.
Una vez identificada la necesidad se muestra el diseño mecánico de la máquina. La metodología
de diseño utilizada es la siguiente: definición de los movimientos que debe realizar la maquina,
asignación de las dimensiones de los eslabones, síntesis del mecanismo, análisis del mecanismo,
determinación del reductor para lograr los movimientos adecuados, selección del motor, dibujo
de las piezas de la máquina y del ensamble.
A continuación se describen los procesos de manufactura necesarios para la fabricación de cada
una de las piezas de la máquina, se menciona el proceso para formar los subensambles y el
ensamble completo de la máquina. También se realiza un análisis de los costos de fabricación de
esta máquina.
Finalmente se escriben las conclusiones a las que se llegaron después de finalizar este trabajo y se
proponen los trabajos futuros.
ABSTRACT
Abstract
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
IV
ABSTRACT
This work shows the methodology for the mechanical design of a machine for continuous passive
motion therapy on the knee.
First mention one general aspect of the disability, its causes and some types more specifically
motor disability. Lists the most common knee ailments, some alternatives of rehabilitation such
as physiotherapy and continuous passive motion CPM. It also mentioned some rehabilitation
equipment currently on the market for therapies for the rehabilitation of lower limbs.
Subsequently described the parts that make up the knee, such as: bones, meniscus, ligaments,
muscles, etc. describes each of these and refers to the function performed for the knee function
properly.
Once the need is identify it shows the mechanical design of the machine. The design
methodology used is as follows: definition of the movements to be performed by the machine,
assign the dimensions of the links, synthesis of the mechanism, the mechanism analysis,
identification of the reducer to achieve the right movement, selection of the engine, drawing parts
of the machine and assembly.
The following describes the manufacturing processes required to manufacture each part of the
machine, mention the process of forming the subensambles and complete assembly of the
machine. It also analyzes the cost of manufacture of this machine.
Finally write the conclusions that were reached after the end of this paper and proposes future
work.
ÍNDICE
Índice
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
VI
ÍNDICE RESUMEN I ABSTRACT III ÍNDICE V ÍNDICE DE FIGURAS IX ÍNDICE DE TABLAS XIII JUSTIFICACIÓN XV OBJETIVOS XVII Objetivo General XVIII Objetivos particulares XVIII INTRODUCCIÓN XIX CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 I.1 Discapacidad 2 I.1.1 Antecedentes 2 I.1.2 Concepto de discapacidad 4 I.1.3 Clasificación de la discapacidad 5 I.1.4 Discapacidad en México 7 I.1.5 Causas de la discapacidad 8 I.1.6 Discapacidad motriz 8 I.1.7 Padecimientos comunes de rodilla 10 I.1.7.1 Artritis de rodilla 11 I.1.7.2 Lesiones y desordenes de los cartílagos 11 I.1.7.3 Lesiones de los ligamentos 12 I.1.7.4 Lesiones y desordenes de los tendones 12 I.1.7.5 Otras lesiones de la rodilla 14 I.2 Terapia y rehabilitación 14 I.2.1 Fisioterapia 17 I.2.2 Movimiento pasivo continuo 21 I.2.3 Órtesis o férulas 22 I.2.4 Mecanoterapia 23 I.3 Equipos de rehabilitación 24 I.4 Sumario 32
Índice
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
VII
I.5 Referencias 32 CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 II.1 Anatomía estructural de la rodilla 36 II.1.1 Anatomía de los huesos 36 II.2 Articulaciones 37 II.2.1 Mecánica de las articulaciones 39 II.3 Meniscos 42 II.4 Ligamentos 44 II. 4.1 Ligamentos cruzados 45 II.4.1.1 Ligamento cruzado anterior 46 II.4.1.2 Ligamento cruzado posterior 48 II.4.2 Ligamentos laterales y capsulares 49 II.4.3 Ligamentos laterales internos 49 II.5 Músculos de la articulación de la rodilla 53 II.5.1 Músculos anteriores 53 II.5.2 Función del cuádriceps 55 II.5.3 Articulación femoropatelar 56 II.6 Músculos posteriores del muslo 60 II.6.1 Músculo poplíteo 65 II.7 Músculos de la parte posterior de la pierna 65 II.8 Bolsas 66 II.9 Sumario 67 II.10 Referencias 68 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Introducción 70 III.2 Estudio de factibilidad 71 III.3 Diseño preliminar 72 III.4 Diseño detallado 74 III.4.1 Síntesis del mecanismo 77 III.4.2 Análisis del mecanismo 81 III.4.2.1 Cinemática del mecanismo 82 III.4.2.2 Dinámica del mecanismo 90 III.4.3 Cálculo del reductor 98 III.4.4 Selección del motor 105 III.4.5 Diseño en CAD 105 III.5 Sumario 108 III.6 Referencias 109 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110 IV.1 Introducción 111
Índice
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
VIII
IV.2 Piezas a maquinar 112 IV.2.1 Piezas fabricadas a partir de perfiles 112 IV.2.2 Piezas maquinadas a partir de solera 112 IV.2.3 Piezas fabricadas a partir de tubos 114 IV.2.4 Piezas fabricadas a partir de lámina 116 IV.2.5 Piezas maquinadas a partir de lámina 116 IV.2.6 Piezas maquinadas a partir de barra redonda 116 IV.2.6.1 Uniones 116 IV.2.6.2 Ejes 117 IV.2.6.3 Engranes 118 IV.3 Subensambles 120 IV.3.1 Base completa 120 IV.3.2 Eje eslabón 01 tubo 01 120 IV.3.3 Soporte para pie eslabón 02 121 IV.3.4 Unión tubo 02 eslabón 01 121 IV.3.5 Unión tubo 02 eslabón 02 121 IV.4 Ensamble completo 122 IV.5 Sumario 124 DISCUSIONES 125 CONCLUSIONES 128 TRABAJOS FUTUROS 130 ANEXOS 132
ÍNDICE DE FIGURAS
Índice de figuras
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
X
ÍNDICE DE FIGURAS CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 I.1 Distribución de la discapacidad por año y sexo 7 I.2 Distribución del tipo de discapacidad 8 I.4 Órtesis de cuatro grados de libertad 24 I.5 Equipo Sakaki 26 I.6 Máquina de CPM 27 I.7 Máquina de CPM Marca Mckelor modelo 1800 27 I.8 Equipo de rehabilitación para pacientes en silla de ruedas 28 I.9 Diseño final del robot de tres grados de libertad usado en rehabilitación 29 I.10 Equipo para rehabilitación de marcha humana (GTI) 29 I.11 Equipo para rehabilitación de marcha humana (DGO) 30 I.12 Robot Lokomat 31 CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 II.1 Anatomía de la rodilla 36 II.2 Huesos que forman la articulación de la rodilla 37 II.3 Tipos de articulaciones 38 II.4 Superficies articulares básicas (ovoidea y sillar) 39 II.5 Superficies articulares asimétricas 40 II.6 Lubricación hidrodinámica 41 II.7 Movimiento de la articulación 41 II.8 Anatomía de los meniscos 42 II.9 Inserciones de los meniscos 43 II.10 Anatomía de los ligamentos 44 II.11 Fibra colagena 45 II.12 Localización del ligamento cruzado anterior 46 II.13 Lesiones del LCA 47 II.14 Anatomía del ligamento cruzado posterior 48 II.15 Ligamentos capsulares y laterales 49 II.16 Ligamentos laterales externos 51 II.17 Musculo poplíteo 52 II.18 Cuádriceps crural 53 II.19 Cuádriceps 54 II.20 Origen del musculo recto anterior del muslo 54 II.21 Patéla 55 II.22 Mecanismo del cuádriceps 56 II.23 Funcionamiento mecánico de la patéla 57 II.24 Raíces del nervio ciático 58
Índice de figuras
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XI
II.25 Músculo sartorio 59 II.26 Músculos de la cara posterior del muslo 60 II.27 Rotadores de la pierna 61 II.28 Cara interna d la estructura posterior de la rodilla 62 II.29 Pata de ganso 62 II.30 Tendón del bíceps crural 64 II.31 Capas del tendón común del bíceps 64 II.32 Músculos posteriores de la pierna 66 II.33 Bolsas alrededor de la rodilla 67 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Movimiento de flexión de rodilla asistido 71 III.2 Movimientos de extensión flexión de rodilla 72 III.3 Posición inicial del mecanismo (hiperextensión de 5º) 73 III.4 Posición final del mecanismo (flexión 120º) 73 III.5 Posiciones del mecanismo 74 III.6 Posición inicial del mecanismo 75 III.7 Posición intermedia del mecanismo 75 III.8 Posición final del mecanismo 76 III.9 Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 4 77 III.10 Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 2 78 III.11 Mecanismo completo (varias posiciones) 81 III.12 Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en la posición inicial 82 III.13 Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en una posición intermedia 85 III.14 Diagrama de cuerpo libre del mecanismo 88 III.15 Diagrama de cuerpo libre para determinar fuerzas en el mecanismo 91 III.16 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F03 92 III.17 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F04 94 III.18 Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F02 96 III.19 Ensamble utilizado en los eslabones 106 III.20 Dibujo de la máquina de CPM 106 III.21 Posición inicial 107 III.22 Posición intermedia 107 III.23 Posición final 108 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110 IV.1 Perfil rectangular derecho 112 IV.2 Perfil rectangular izquierdo 112 IV.3 Base 01 113 IV.4 Base 02 113 IV.5 Base 03 113 IV.6 Base 03C 113 IV.7 Placa soporte para eje del sin-fin 114
Índice de figuras
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XII
IV.8 Placa soporte del motor 114 IV.9 Tubo 01 eslabón 04 y 02 115 IV.10 Tubo 02 eslabón 04 115 IV.11 Tubo 01 eslabón 03 115 IV.12 Tubo 02 eslabón 03 115 IV.13 Tubo 02 eslabón 03C 115 IV.14 Tubo 02 eslabón 02 115 IV.15 Base para pie 116 IV.16 Soporte para pie 116 IV.17 Unión 117 IV.18 Unión C 117 IV.19 Eje del eslabón 04 117 IV.20 Eje del eslabón 03 118 IV.21 Eje del eslabón 03C 118 IV.22 Eje del eslabón 02, Eje del mecanismo y eje de la unión 118 IV.23 Tornillo Sin-fin 119 IV.24 Corona 119 IV.25 Base completa 120 IV.26 Eje eslabón 04 tubo 01 120 IV.27 Soporte para pie eslabón 03 121 IV.28 Unión tubo 02 eslabón 04 121 IV.29 Unión tubo 02 eslabón 03 y unión tubo 02 eslabón 03C 122 IV.30 Unión de eslabones 4 y 3 122 IV.31 Mecanismo motriz de la máquina 123 IV.32 Ensamble completo 123
Índice de tablas
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XIV
ÍNDICE DE TABLAS CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 1 CAPITULO II SISTEMA MÙSCULO ESQUELETICO DE LA RODILLA 35 CAPITULO III DISEÑO 69 III.1 Masas que soportan los eslabones 90 CAPITULO IV FABRICACIÓN 110
JUSTIFICACIÓN
Justificación
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XVI
JUSTIFICACIÓN Según la Organización de las Naciones Unidas estima que a nivel mundial el porcentaje de
personas discapacitadas se encuentra entre el 7 y 10% de la población mundial.
En el año 2000 el 1.8% de la población total en México sufren algún tipo de discapacidad y de
acuerdo a las estadísticas del INEGI del total de personas discapacitadas el 45.3% sufren
discapacidad motriz por diferentes tipos de causas. Este tipo de discapacidad se refiere a la
pérdida o limitación de una persona para moverse, caminar, o mantener alguna postura de su
cuerpo o de una parte del mismo.
Del porcentaje de personas que sufren algún tipo de discapacidad motriz son comunes los
padecimientos de rodilla y en algunos casos es necesaria una cirugía.
El movimiento pasivo continuo es utilizado con frecuencia después de una artroplastia total de
rodilla, esta cirugía mejora la calidad de vida de los pacientes que presentan osteoartritis o artritis
reumatoide. Este tratamiento se combina con fisioterapia para lograr la rehabilitación del
paciente, se han realizado algunos estudios para comprobar los beneficios del CPM combinado
con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los resultados obtenidos de estos estudios establecen
que el CPM combinado con fisioterapia incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la
estancia hospitalaria, además de que disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria.
El desarrollo de este trabajo propone el diseño de una máquina de movimiento pasivo continuo
para terapia de rodilla, la cual tiene como función ayudar a recuperar la movilidad en la rodilla y
disminuye la estancia hospitalaria de los pacientes que se sometieron a cirugía lo que resulta en
mejorar la calidad de vida del paciente.
OBJETIVOS
Objetivos
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XVIII
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla, que sea capaz de
variar su velocidad, sus ángulos de operación y que pueda ser utilizada por pacientes de
diferentes edades.
OBJETIVOS PARTICULARES Realizar la síntesis de un mecanismo que sea capaz de imitar los movimientos de flexión extensión de la rodilla. Realizar el análisis del mecanismo Dibujar la maquina en un software de CAD
INTRODUCCION
Introducción
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
XX
INTRODUCCIÓN Las rodillas son probablemente las articulaciones más complicadas del cuerpo humano, pero
estas dan estabilidad al cuerpo. También dejan que las piernas se doblen y enderecen. Tanto la
flexibilidad como la estabilidad son necesarias a la hora de ponerse de pie, caminar, correr,
agacharse, saltar o darse la vuelta. Pero también es muy probable que puedan sufrir una lesión ya
sea por algún golpe o accidente, por alguna enfermedad o también por el desgaste propio de la
edad. Lo que trae como consecuencia que la persona afectada sufra una discapacidad, que puede
ser temporal o permanente.
En algunos casos los padecimientos son tan severos que existe la necesidad de realizar una
cirugía como por ejemplo la artroplastia total de rodilla que consiste en remplazar las partes
deterioradas de la rodilla con partes artificiales.
Posterior a la cirugía el paciente debe recuperar la movilidad de la rodilla de manera gradual, para
esto el paciente debe realizar ejercicios de fisioterapia. Otra alternativa es realizar terapia de
movimiento pasivo continuo junto con la fisioterapia. Se han realizado algunos estudios para
comprobar los beneficios del CPM combinado con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los
resultados obtenidos de estos estudios establecen que el CPM combinado con fisioterapia
incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la estancia hospitalaria, además de que
disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria.
En este trabajo se propone el diseño mecánico de una máquina de movimiento pasivo continuo
para terapia de rodilla, que pueda ayudar a los pacientes a realizar ejercicios de flexión extensión
de rodilla.
En los capítulos siguientes se mencionan algunos conceptos como el de discapacidad,
fisioterapia, etc. Se describe en qué consiste el movimiento pasivo continuo y se describe el
proceso de diseño desde la concepción de la idea hasta los planos de fabricación de cada una de
las piezas.
CAPITULO I ESTADO DEL ARTE
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
2
I.1 Discapacidad
I.1.1 Antecedentes
Las diversas actitudes sociales hacia las personas con deficiencias y/o discapacidades observadas
a lo largo de la historia, forman parte de la cultura de atención y trato hacia este grupo de
población. Estas actitudes implicaron progresos y contradicciones que oscilaron entre una postura
activa o positiva, que entendió la deficiencia como fruto de causas naturales, con posibilidades de
tratamiento, prevención e integración, y otra pasiva o negativa, que relacionó las deficiencias con
causas ajenas al hombre, considerándola como una situación incontrolada, inmodificable y
estrechamente relacionada con el animismo, el pecado, el demonio y el castigo de los dioses [I.1].
Se sabe que en la antigua India los niños con malformaciones eran arrojados al río Ganges,
mientras que en el Código de Manú se regulaba el infanticidio de los niños afectados de ceguera
y otras enfermedades graves [I.2]. La ideología griega a este respecto se expresaba claramente en
la política, una de las más importantes obras de Aristóteles, donde se establecía que “para
distinguir a los hijos que es preciso abandonar de los que hay que educar, convendrá que la ley
prohíba que se críe a los que nazcan deformes”. En el mismo sentido, el Malleus Maleficarum
escrito en 1487 estableció que cuando el paciente no encuentra alivio en los medicamentos, antes
bien, empeora con ellos, la enfermedad es producto del demonio [I.2] y que los niños con
deficiencias eran producto de las prácticas de brujería de sus madres [I.3]. En el caso de México,
el pensamiento prehispánico se instaló en mitologías desarrolladas a partir de lo sagrado y lo
profano “donde el mago y sacerdote se convierte en un conocedor, capaz de administrar hierbas
curativas que combina con la fuerza de la magia, sin la cual no hay virtud en las medicinas ni en
las intervenciones” [I.4].
Durante la Colonia las instituciones de beneficencia, conformadas principalmente por religiosos,
se encargaron de brindar protección y asistencia a los enfermos y los necesitados. En 1566 Fray
Bernardino Alvarez Herrera, funda en la Ciudad de México el Hospital de San Hipólito, que fue
el primer hospital en el continente dedicado al cuidado de las personas que padecían
enfermedades mentales. Más tarde, en 1698, José Sáyago fundó el Real Hospital del Divino
Salvador [I.5].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
3
El 15 de abril de 1861, Juárez ordenó el establecimiento de una escuela de sordomudos en la
capital de la República [I.6]. En 1881 la inadecuada operación de los centros de asistencia,
provocada en gran parte por la falta de continuidad administrativa, obligó a la modificación de su
estructura. En 1910 Porfirio Díaz inauguró en terrenos de la hacienda La Castañeda, el
manicomio general, que durante décadas brindó servicios a la población. En 1951 el Hospital
Infantil de México inició la capacitación de terapistas físicos y médicos, dando lugar a los
primeros trabajos de investigación en rehabilitación, de los que fueron pioneros los doctores
Alfonso Tohen y Luis Guillermo Ibarra. Posteriormente, en 1952 fue fundado el Centro de
Rehabilitación número 5 que se transformó en el Centro de Rehabilitación del Sistema Músculo
Esquelético. Años más tarde, por decreto presidencial fechado en abril de 1976, este Centro de
Rehabilitación fue transformado en el Instituto Nacional de Medicina de Rehabilitación [I.7]. En
1950, la entonces Dirección General de Rehabilitación de la SSA, pone en funcionamiento el
Centro Nacional de Rehabilitación “Francisco de P. Miranda”, nosocomio que se dedicó
inicialmente a la atención de pacientes con poliomielitis en etapas de convalecencia o
afectaciones crónicas. La demanda de servicios de rehabilitación y ortopedia, determinan su
traslado a un inmueble de la Fundación Gildred, el cual fue adaptado y remodelado, y se
convirtió en el Hospital de Ortopedia y Rehabilitación para Niños y Ancianos Teodoro Gildred.
En 1976 cambió su nombre a Instituto Nacional de Ortopedia, dedicado a la atención de
afecciones del sistema neuro-músculo-esquelético [I.8].
En 1977 se creó el Sistema Nacional para el Desarrollo Integral de la Familia (DIF), cuya
finalidad fue brindar asistencia social, como obligación del Estado y en beneficio de la población
marginada, los incapacitados [sic] o las personas en desventaja social [I.9]. De 1988 a 1994, el
DIF desarrolló el Programa de Asistencia a Minusválidos, que tuvo como objetivo proporcionar
servicios de rehabilitación no hospitalaria a personas minusválidas que por circunstancias de
marginación o económicas, son sujetos de asistencia social. Derivado de los compromisos
asumidos en el Plan Nacional de Desarrollo 1995-2000, se creó en febrero de 1995 la Comisión
Nacional Coordinadora para el Bienestar y la Incorporación al Desarrollo de las Personas con
Discapacidad (CONVIVE), que diseñó un programa de acción para orientar las tareas a favor de
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
4
este sector de la población. El Programa Nacional para el Bienestar y la Incorporación al
Desarrollo de las Personas con Discapacidad, [I.10].
I.1.2 Concepto de discapacidad
Para hacer referencia a la población con discapacidad se han usado términos como el de
“impedidos”, “inválidos”, “minusválidos” o “incapacitados”. Estas y otras expresiones han estado
estrechamente relacionadas con actitudes sociales y culturales; no obstante, parece existir el
acuerdo de que estos términos no son los más afortunados para referirse a las personas con
discapacidad, Estas y otras expresiones han estado estrechamente relacionadas con actitudes
sociales y culturales; no obstante, parece existir el acuerdo de que estos términos no son los más
afortunados para referirse a las personas con discapacidad; Señalamientos como los anteriores,
han dado lugar a la búsqueda de denominaciones menos peyorativas y estigmatizadoras, que
además, contribuyan al perfeccionamiento conceptual, a partir de nuevas perspectivas y formas
de abordar el tema [I.11].
El esfuerzo más ampliamente difundido hasta el año 2000 y que sirvió de marco para el
levantamiento del XII Censo General de Población y Vivienda 2000, fue el desarrollado por la
OMS a través de la Clasificación Internacional de Deficiencias, Discapacidades y Minusvalías
(CIDDM)2 esta clasificación fue publicada en 1980.[I.11]
De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, se entiende por:
Deficiencia: Es la pérdida o la anormalidad de una estructura o de una función psicológica,
fisiológica o anatómica, que puede ser temporal o permanente. Entre las deficiencias se incluye la
existencia o aparición de una anomalía, defecto o pérdida producida por un miembro, órgano,
tejido o cualquier otra estructura del cuerpo, incluidos los sistemas de la función mental [I.12].
Discapacidad: Es cualquier restricción o impedimento de la capacidad de realizar una actividad
en la forma o dentro del margen que se considera normal para el ser humano. La discapacidad se
caracteriza por excesos o insuficiencias en el desempeño de una actividad rutinaria normal, los
cuales pueden ser temporales o permanentes, reversibles o surgir como consecuencia directa de la
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
5
deficiencia o como una respuesta del propio individuo, sobre todo la psicológica, a deficiencias
físicas, sensoriales o de otro tipo [I.12].
Otra definición para la discapacidad es la siguiente:
En el Tratado Internacional “Convención Interamericana para la Eliminación de todas las formas
de Discriminación contra las Personas con Discapacidad”, se define a la discapacidad como “una
deficiencia física, mental o sensorial, sea temporal o permanente limitando la capacidad de
ejercer una o más actividades esenciales de la vida diaria” [I.12]
I.1.3 Clasificación de la discapacidad
Existen diferentes formas de clasificar la discapacidad, las siguientes son las más usadas.
Dependiendo el tipo de discapacidad, a las personas se les clasifica entre ambulatorios y no
ambulatorios. Los ambulatorios son aquellas personas que pueden usar sus miembros inferiores
para sostenerse de pie y sus miembros superiores para manipular los apoyos (bastón, muletas,
andadera, etc.). Los no ambulatorios son aquellos que necesitan una silla de ruedas para
movilizarse, debido al grado de su discapacidad [I.13].
También pueden clasificarse de acuerdo a su duración en:
• Temporales: son con las cuales la persona vive por un tiempo restringido y que mediante
los cuidados médicos y de rehabilitación adecuados no se generan secuelas de por vida y
es posible regresar al estado previo a la discapacidad.
• Permanentes: son aquellas con las cuales la persona vive a partir del inicio de la
discapacidad y cuyas secuelas pueden minimizarse pero la recuperación no es al 100%, o
dicho de otra forma no es posible regresar al estado previo de la discapacidad. Una de las
consecuencias más importantes de la discapacidad es la parálisis que se refiere a la
disminución, deficiencia o pérdida parcial o total de la capacidad del movimiento,
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
6
acompañada generalmente de pérdida de la sensibilidad, debido a trastornos motores o
musculares.
Otra manera de clasificar la discapacidad es la siguiente:
• Discapacidad física: Esta es la clasificación que cuenta con las alteraciones más
frecuentes, las cuales son secuelas de poliomielitis, lesión medular (parapléjico o
cuadripléjico) y amputaciones.
• Discapacidad sensorial: Comprende a las personas con deficiencias visuales, a los sordos
y a quienes presentan problemas en la comunicación y el lenguaje.
• Discapacidad intelectual: Se caracteriza por una disminución de las funciones mentales
superiores (inteligencia, lenguaje, aprendizaje, entre otros), así como de las funciones
motoras. Esta discapacidad abarca toda una serie de enfermedades y trastornos, dentro de
los cuales se encuentra el retraso mental, el síndrome Down y la parálisis cerebral.
• Discapacidad psíquica: Las personas sufren alteraciones neurológicas y trastornos
cerebrales.
La forma de clasificar la discapacidad utilizada por el INEGI es la siguiente:
• Motriz. Se refieren a la pérdida o limitación de una persona para moverse, caminar,
mantener algunas posturas de todo el cuerpo o de una parte del mismo.
• Visual. Incluye la pérdida total de la vista, así como la dificultad para ver con uno o
ambos ojos.
• Mental. Abarca las limitaciones para el aprendizaje de nuevas habilidades, alteración de
la conciencia y capacidad de las personas para conducirse o comportarse en las
actividades de la vida diaria, así como en su relación con otras personas.
• Auditiva. Corresponde a la pérdida o limitación de la capacidad para escuchar.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
7
• De lenguaje. Limitaciones y problemas para hablar o transmitir un significado
entendible.
I.1.4 Discapacidad en México
Distintas naciones presentan información sobre el tema, cuyos resultados más relevantes fueron
integrados por Naciones Unidas, a fin de elaborar estimaciones sobre el número de personas con
discapacidad existentes en el mundo y sus principales regiones; con base en ellas se calcula que
entre 7% y 10% de la población presenta alguna discapacidad. En México, dicho porcentaje se
toma como un parámetro indicativo, ya que la validación o rectificación de esa cifra está en
función de la forma de definir discapacidad y la metodología utilizada para la recopilación de
información, entre otros factores [I.11].
Según el XII Censo General de Población y Vivienda 2000, una persona con discapacidad "Es
aquella que presenta una limitación física o mental de manera permanente o por más de seis
meses que le impide desarrollar sus actividades en forma que se considera normal para un ser
humano".
El año 2000, las personas que tienen algún tipo de discapacidad son 1 millón 795 mil, lo que
representa 1.8% de la población total [I.11].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
8
Figura I.1.- Distribución de la discapacidad por año y sexo
I.1.5 Causas de discapacidad
Los motivos que producen discapacidad en las personas pueden ser variados, pero el INEGI los
clasifica en cuatro grupos de causas principales: nacimiento, enfermedad, accidente y edad
avanzada [I.11].
De cada 100 personas discapacitadas:
• 32 la tiene porque sufrieron alguna enfermedad.
• 23 están afectados por edad avanzada.
• 19 la adquirieron por herencia, durante el embarazo o al momento de nacer.
• 18 quedaron con lesión a consecuencia de algún accidente.
• 8 debido a otras causas.
Figura I.2.- Distribución del tipo de discapacidad
I.1.6 Discapacidad motriz
En este trabajo se analiza de manera particular la discapacidad motriz.
Dentro de las discapacidades, las personas con discapacidad física representan el colectivo más
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
9
numeroso, lo cual no obsta para que la atención que reciben no guarde ningún tipo de relación
con tal relevancia cuantitativa” [I.14]. La discapacidad física, presenta tal grado de diversidad
que su estudio resulta difícil y complejo, dada las diversas formas de definirla, de clasificarla y
de las causas que la originan. Una definición general se refiere en primer lugar, a la que se le
puede conocer como discapacidad física, neuromotora, locomotora o motriz y es una limitación
o falta de control de los movimientos, de funcionalidad y de sensibilidad, que impide realizar las
actividades de la vida diaria de manera independiente; generalmente, esta discapacidad se
manifiesta en las extremidades, sin embargo, también se puede expresar en todo el cuerpo
acompañada de alteraciones sensoriales, lo que obliga al uso de aparatos que permiten recuperar
parte de la función perdida o disminuida [I.15].
La discapacidad motriz afecta el cuerpo de un individuo, hace que se limite el movimiento y
puede afectar una pierna o ambas, un brazo o ambos, un hemisferio del cuerpo o la totalidad de
éste.
Existen distintas formas de clasificar a las personas con discapacidad motriz o física; una de
ellas se refiere al grado de la discapacidad, y es la siguiente:
• Mínima: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo limita parcialmente
su independencia en las actividades de la vida diaria, pero no su productividad.
• Moderada: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo limita
parcialmente su independencia en las actividades de la vida diaria y su productividad.
• Total: cuando la reducción de la capacidad funcional del individuo es tan importante que
lo hace totalmente dependiente e improductivo
Cualquiera que sea el caso, generalmente es ocasionado por una enfermedad, deficiencia o
accidente [I.16].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
10
Como se menciono anteriormente en este trabajo se estudia en particular la discapacidad motriz
y en particular los trastornos de rodilla. En la mayoría de los casos en que se presenta algún
trastorno en la rodilla que provoque discapacidad los músculos relacionados con esta
articulación presentan algún grado de atrofia ya sea por la inactividad física o por algún otro
padecimiento.
I.1.7 Padecimientos comunes de rodilla
Las rodillas le dan estabilidad al cuerpo. También dejan que las piernas se doblen y enderecen.
Tanto la flexibilidad como la estabilidad son necesarias a la hora de ponerse de pie, caminar,
correr, agacharse, saltar o darse la vuelta. La rodilla está formada por:
• Huesos,
• Cartílagos,
• Músculos,
• Ligamentos,
• Tendones.
Si cualquiera de estas partes se lastima puede causarle dolor en las rodillas y es posible que no
puedan llevar a cabo su función [I.17].
Los problemas mecánicos de las rodillas pueden ser provocados por:
• Un golpe o movimiento brusco que cause un esguince o torcedura,
• Osteoartritis de la rodilla, causada por el uso y desgaste de sus partes.
Algunas enfermedades reumáticas, tales como la artritis reumatoide y el lupus eritematoso
sistémico (lupus), pueden causar problemas de inflamación en la rodilla, lo cual puede causar
daño permanente a las rodillas
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
11
I.1.7.1 Artritis de las rodillas
El tipo más común de artritis de la rodilla es la osteoartritis. Esta enfermedad hace que el
cartílago de la rodilla se desgaste gradualmente. Los tratamientos para la osteoartritis son:
• Medicamentos para aliviar el dolor, tales como la aspirina y el acetaminofeno,
• Medicamentos para disminuir la hinchazón e inflamación, tales como ibuprofeno
• Medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE),
• Ejercicios para aumentar la extensión del movimiento y la fortaleza,
• Pérdida de peso.
La artritis reumatoide es otro tipo de artritis que afecta la rodilla. La artritis reumatoide causa
inflamación en las rodillas y puede destruir el cartílago. La artritis reumatoide, osteoartritis,
sinovitis mecánicas y de índole traumático son tributarias de manejo fisiátrico y rehabilitador
encaminado al alivio del dolor, inflamación y reducción de las discapacidades [I.18].
Los tratamientos para esta enfermedad incluyen:
• Fisioterapia,
• Medicamentos,
• Cirugía de reemplazo de rodilla (en casos en que la rodilla esté seriamente dañada).
I.1.7.2 Lesiones y desórdenes de los cartílagos
La condromalacia ocurre cuando el cartílago de la rótula se ablanda. También puede suceder
cuando algunas partes de la rodilla no están alineadas. La condromalacia puede desarrollarse
cuando un golpe en la rótula desprende un pedazo de cartílago que contenga un fragmento de
hueso.
El menisco es un pedazo de cartílago en forma de medialuna que actúa como cojín entre el
fémur (el hueso del muslo) y la tibia (la espinilla). El menisco se puede lesionar con facilidad si
la rodilla se tuerce mientras se está cargando algo pesado. Esto puede causar un desgarre parcial
o total. Si el desgarre es mínimo, el menisco se mantiene conectado al frente y en la parte
Capítulo I
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12
posterior de la rodilla. Si el desgarre es mayor, el menisco podría quedar colgando de una tira de
cartílago. La gravedad de la lesión dependerá del lugar y la intensidad del desgarre [I.17].
El tratamiento para las lesiones del cartílago incluye:
• Ejercicios para fortalecer los músculos,
• Estímulos eléctricos para fortalecer los músculos,
• Cirugía en casos de lesiones graves.
I.1.7.3 Lesiones de los ligamentos
Dos ligamentos de la rodilla que se lesionan con frecuencia son el ligamento cruzado anterior
(LCA) y el ligamento cruzado posterior (LCP). Una lesión en esos ligamentos se puede llamar a
veces esguince. Por lo general, el LCA se estira o desgarra (o ambas) al hacer un movimiento
rotativo brusco. Los impactos directos, tales como los accidentes de auto o los tacleos en fútbol
americano, son la causa más común de lesiones del LCP.
Los ligamentos colaterales (mediano y lateral) con frecuencia sufren lesiones causadas por un
golpe al costado exterior de la rodilla. Esto puede causar que el ligamento se estire y desgarre.
Estos golpes con frecuencia ocurren al practicar deportes tales como fútbol americano o hockey.
Las lesiones de los ligamentos se tratan con:
• Bolsa de hielo, inmediatamente después de la lesión, para reducir la hinchazón,
• Ejercicios para fortalecer los músculos,
• Férulas,
• Cirugía (en casos de lesiones más graves).
I.1.7.4 Lesiones y desórdenes de los tendones
Los tres tipos principales de lesiones y desórdenes de los tendones son:
• Tendonitis y ruptura de los tendones,
• Enfermedad de Osgood-Schlatter,
Capítulo I
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13
• Síndrome de la cintilla iliotibial también conocido como el “síndrome del
limpiaparabrisas.”
Las lesiones de los tendones figuran desde la tendonitis (inflamación de un tendón) hasta la
ruptura (desgarre) de un tendón. El desgarre de un tendón ocurre mayormente por:
• El uso excesivo de un tendón (en particular en ciertos deportes). El tendón se estira como
un pedazo de goma desgastado y se inflama.
• Tratar de impedir una caída. Si los músculos del muslo se contraen, el tendón pudiera
desgarrarse. Esto es más probable en personas mayores con tendones débiles.
Un tipo de tendonitis de la rodilla es la tendonitis rotuliana (rodilla del saltador). En los deportes
que requieren saltar, tales como el baloncesto, el tendón puede inflamarse o desgarrarse.
La tensión en la placa de crecimiento de la parte superior de la espinilla causa la enfermedad de
Osgood-Schlatter. Esta enfermedad causa hinchazón en la rodilla y la parte superior de la
espinilla y ocurre si se desprende el tendón y arranca un pedazo de hueso. Las personas jóvenes
que corren y saltan al practicar deportes pueden sufrir este tipo de lesión.
El síndrome de la cintilla iliotibial ocurre cuando el tendón roza el hueso exterior de la rodilla,
causando hinchazón. Esto sucede si la rodilla se usa en exceso por mucho tiempo. Ocurre a
veces durante el entrenamiento deportivo [I.17].
El tratamiento para las lesiones y desórdenes de los tendones incluye:
• Descanso,
• Hielo,
• Elevar la pierna,
• Medicamentos tales como la aspirina o el ibuprofeno para aliviar el dolor y reducir la
hinchazón,
• Limitar la práctica de deportes,
• Hacer ejercicios para estirar y dar fortaleza,
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
14
• Usar un yeso (escayola), en casos de desgarre parcial,
• Cirugía, en caso de desgarre total o de lesiones graves.
I.1.7.5 Otras lesiones de la rodilla
La osteocondritis disecante ocurre cuando no llega suficiente sangre a la parte del hueso bajo la
superficie de una articulación. El hueso y el cartílago se aflojan gradualmente, causando dolor.
Parte del cartílago puede desprenderse y causar dolor agudo, debilidad y atascar la articulación.
Las personas con esta condición pueden desarrollar osteoartritis. El tratamiento principal es la
cirugía. Si los fragmentos de cartílago no se desprenden, un cirujano puede sujetarlos en su lugar
con tornillos. Esto puede estimular la reanudación del flujo de sangre al cartílago. Si los
fragmentos se desprenden, el cirujano puede raspar la cavidad hasta alcanzar hueso vivo y poner
un injerto de hueso para colocar los fragmentos en su lugar. Se están haciendo investigaciones
sobre los trasplantes de cartílago y tejido. El síndrome de plica ocurre cuando las bandas del
tejido de la rodilla llamadas plicas se hinchan a causa del exceso de uso o de una lesión [I.17]
Los tratamientos para este síndrome son:
• Medicamentos tales como la aspirina o el ibuprofeno para reducir la hinchazón,
• Descanso,
• Hielo,
• Vendaje elástico en la rodilla,
• Ejercicios para fortalecer los músculos,
• Inyecciones de cortisona en las plicas,
• Cirugía para remover las plicas si los tratamientos anteriores no surten efecto.
I.2.- Terapia y rehabilitación.
La rehabilitación es un proceso de duración limitada y con un objetivo definido, encaminado a
permitir que una persona con deficiencia alcance un nivel físico, mental y/o social funcional
óptimo, proporcionándole así los medios de modificar su propia vida. Puede comprender medidas
encaminadas a compensar la pérdida de una función o una limitación funcional (por ejemplo,
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
15
ayudas técnicas) y otras medidas encaminadas a facilitar ajustes o reajustes sociales [I.19].
En la actualidad se considera a la rehabilitación como un proceso en el que personas con
discapacidad o sus defensores toman decisiones acerca de qué servicios necesitan para
incrementar la participación. Los profesionales que prestan servicios de rehabilitación tienen la
responsabilidad de ofrecer a las personas con discapacidad la información pertinente para que
ellas puedan tomar decisiones informadas respecto a lo que les conviene [I.19].
La discapacidad y la pobreza están fuertemente correlacionadas: la pobreza conduce a un
aumento de la discapacidad, y la discapacidad a su vez, genera más pobreza. Por ello, la mayoría
de las personas discapacitadas viven en la pobreza [I.19].
El ejercicio físico, la modalidad nuclear de la fisioterapia es tan esencial para las personas
discapacitadas como lo es para las que no tienen impedimentos físicos, psíquicos o sensoriales.
Sólo hay una excepción a este aserto y es la contraindicación del ejercicio físico en las personas
que presentan el síndrome de post polio.
Dado el amplio abanico de causas de discapacidad física y del grado de afectación
psicopatológica incluso en individuos afectados por la misma causa, es necesario tener en cuenta
que a la hora de prescribir un programa de ejercicio físico se debe individualizar dicha
prescripción según las habilidades de la persona y del potencial que tiene de mejor dichas
habilidades mediante un programa de ejercicio [I.20].
En la “Guía para la promoción de salud por medio de la actividad física” es bastante delicado dar
instrucciones especificas para la práctica del ejercicio físico en personas discapacitadas. Y se
deben de tomar en cuenta los siguientes principios: [I.20].
1. El programa debe individualizarse
2. Debe tenerse en cuenta el tipo de discapacidad y su estado de progresión
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
16
3. Debe complementar y no interferir con el proceso de rehabilitación medica que se haya
diseñado para cada caso
4. Debe tener como objetivo no solamente obtener beneficios fisiológicos sino psicológicos
con la trascendencia social que ello representa
5. Debe facilitar la integración de la persona o población discapacitada a la sociedad
especialmente en lo que se refiere a la participación en programas deportivos junto con
otras personas
6. Debe estructurarse de forma que se prevengan los riesgos de un programa no
individualizado y que no tenga en cuenta las circunstancias propias de cada individuo. En
este sentido cabe evitar el cansancio excesivo de dichas personas y en algunos casos
concretos sobre los que hablaremos más adelante es necesario hacer un seguimiento
adecuado para evitar complicaciones graves.
Existen diferentes formas de lograr una rehabilitación estas son llamadas terapias algunas de estas
son:
• Quinesioterapia: Conocimiento de las técnicas elementales de quinesioterapia pasiva y
activa. Diferentes técnicas de masaje manual e instrumental. Técnicas de la rehabilitación
funcional de los problemas articulares (manual e instrumental). Entrenamiento
(recuperación) muscular, estimulación de la actividad muscular, entrenamiento funcional.
Técnicas de fortalecimiento muscular, entrenamiento de la resistencia, recuperación de
capacidades. Métodos específicos de la quinesioterapia en las diferentes patologías.
• Ergoterapia. Ergonomía fundamental. Principios y métodos de ergoterapia. Materiales,
equipo, tecnología y evaluación en ergoterapia. Las aplicaciones de la ergoterapia: en el
entrenamiento articular/muscular, entrenamiento de la resistencia, en la rehabilitación
funcional y en la reintegración a la comunidad (socio familiar, doméstica, profesional y
formación profesional).
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
17
• Fisioterapia: Utilización de las técnicas de terapia física, conocimientos básicos, los
efectos del tratamiento, indicaciones y contraindicaciones. Electroterapia: corrientes
galvánicas de baja, media y alta frecuencia. Vibración mecánica, biorespuesta,
tratamiento de calor.
• Hidroterapia: Equipo y auxilio técnico. Materiales utilizados. Vendas. Ortosas (tronco,
miembros superiores e inferiores) [I.21].
I.2.1 Fisioterapia
Se adapta al momento evolutivo de la enfermedad, debe realizarse de forma sistemática
convirtiéndose en una rutina diaria, preferiblemente después de un baño con agua caliente,
realizarla en un lugar adecuado. Entre las medidas a emplear tenemos:
Movilizaciones pasivas: Permiten mantener los arcos articulares, especialmente en aquellos
segmentos que resultan afectados con mayor frecuencia, cadera, rodilla, tobillos. Debemos hacer
énfasis en aquellas articulaciones en riesgo de limitarse por retracciones o disbalances
musculares, el número de repeticiones se adapta a las características de cada caso.
Masajes: Contribuyen a mantener el trofismo muscular, evitar las contracturas y retracciones.
Ejercicios activos libres: Son los mejores siempre que exista la posibilidad de realizarlos, lo
importante es graduar su intensidad para no llegar a la fatiga.
Ejercicios activos asistidos sin llegar a la fatiga muscular, que contribuyen a mantener la función
muscular evitando la atrofia que produce la inmovilidad. Es importante evitar el exceso de
ejercicios graduando la actividad de acuerdo a las características de cada caso, también no
podemos olvidar trabajar especialmente sobre aquellos músculos menos afectados pero que
permite mediante suplencias mantener la capacidad funcional. No son recomendables los
ejercicios contra resistencia.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
18
El empleo de aditamentos para mantener la capacidad funcional y la independencia entre los que
están los andadores, silla de ruedas etc. Debemos adiestrarlo en el manejo de la silla en cuanto el
deterioro funcional así lo requiera, para mantener siempre el mayor grado de independencia
funcional. Es importante una cuidadosa selección de la misma para adaptar las medidas a las
necesidades del paciente, tomando en cuenta que el mismo pasa una gran parte del día sentado en
ella y una mala postura puede agravar el cuadro funcional facilitando la aparición de
complicaciones como el equino o la escoliosis. En el mercado están disponibles planos
inclinados, bipedestadores, camas especialmente diseñadas, sillas de rueda de propulsión eléctrica
que facilitan en gran medida la prevención de complicaciones y mejoran el nivel de
independencia [I.22].
La fisioterapia ambulatoria ampliada (FAA) está a medio camino entre lo que entendemos por
fisioterapia y el entrenamiento deportivo; constituye la fase final de todo proceso fisioterápico en
el que se hayan conseguido los objetivos propuestos y es de utilidad, sobre todo, en la fisioterapia
deportiva en la que fisioterapeuta y entrenador deportivo han de colaborar. La FAA es también
aplicable a pacientes no deportistas, sobre todo los traumatológicos [I.23]
En cuanto al protocolo de tratamiento de fisioterapia a seguir para este tipo de lesiones, no
existen muchas diferencias.
Durante la fase de inmovilización, los autores optan por medidas crioterápicas en un primer
momento para reducir la inflamación y por una inmovilización flexible o rígida según el grado de
lesión [I.24].
Contracciones estáticas de cuádriceps e isquiosurales bajo contención y ejercicios contra
resistencia de la articulación coxofemoral y tibioperoneoastragalina.
Durante la fase post-inmovilización, se opta por masaje circulatorio de miembro inferior y masaje
de efecto antálgico y vasomotor, termoterapia antálgica y fortalecimiento muscular de cuádriceps
(con resistencia en el tercio superior de la tibia para oponerse al componente de “cajón” anterior),
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
19
isquiosurales, glúteo mayor y tríceps sural, y trabajo dinámico y excéntrico en recorrido interno
de los rotadores externos.
Durante la fase de recuperación funcional y una vez cicatrizado, trabajar la propiocepción
articular y estabilidad funcional mediante hidrocinesiterapia, ejercicios en cadena cinética abierta
y cerrada y tonificación de la musculatura del muslo insistiendo sobre todo en el trabajo
excéntrico del músculo recto anterior del cuádriceps [I.25].
Las directrices para la rehabilitación están estructuradas para ayudar al clínico a conseguir que
los deportistas recuperen su grado de actividad previo a la lesión de la forma más rápida y segura.
Las directrices deben basarse en el conocimiento científico actual y seguir unos criterios para la
progresión de la rehabilitación. El ritmo de progresión es diferente para cada paciente y depende
de la curación individual y del grado de motivación [I.26].
Los objetivos de la fisioterapia son diferentes dependiendo del grado de afectación de los
pacientes así como de su sintomatología, por tanto la fisioterapia será individualizada y
atendiendo a las necesidades del paciente en cuestión.
En una fase precoz, el objetivo principal será eliminar las estrategias de compensación que haya
desarrollado el paciente:
Manteniendo las amplitudes articulares mediante la cinesiterapia pasiva luchando contra las
retracciones y la espasticidad utilizando los estiramientos analíticos y globales así como el
control postural y la normalización de los puntos clave central. Normalización del tono muscular
y del trofismo de los tejidos [I.27].
La Fisioterapia y rehabilitación de la rodilla suele estar relacionada con la existencia de múltiples
afecciones tanto en el orden clínico como quirúrgico. La rodilla puede ser asiento de
enfermedades reumáticas que generan dolor, inflamación e impotencia funcional de las cuales en
fases avanzadas, pueden conducir al desarrollo de atrofia muscular, deformidades y la instalación
de discapacidades irreversibles en muchos casos.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
20
Objetivos del tratamiento rehabilitador de la rodilla
• Aliviar el dolor y disminuir la inflamación
• Prevenir deformaciones
• Preservar y ganar en los arcos articulares
• Aumentar fuerza muscular del miembro inferior afectado
• Conservar el trofismo
• Lograr una marcha lo más funcional y estética posible
• Independencia en las actividades de la vida diaria
• Compensación psicológica del paciente
• Reincorporación a su trabajo habitual
Algunas lesiones traumáticas y osteoartriticas degenerativas provocan la degradación del
cartílago y la destrucción de la superficie articular, lo cual produce dolor e inmoviliza a la
persona [I.28].
Es muy común ver atrofia muscular y debilidad de los músculos que están alrededor de una
articulación lesionada. Además, la inactividad y las posiciones inapropiadas de las articulaciones
llevan a alteraciones en el movimiento articular, en la resistencia muscular y cardiovascular.
Los ejercicios tienen como objetivo mejorar la fuerza, la resistencia y la potencia muscular, con
el objetivo de proteger las articulaciones, mejorar la marcha, controlar el balance corporal,
disminuir el dolor y mejorar el auto reportes de mediciones de rendimiento y discapacidad. [I.29].
• Pasivos. (Movilizaciones y Estiramientos).
• Activos. (Activo asistido y activo resistido: isométrico- isotónico-isokinético.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
21
I.2.2 Movimiento pasivo continuo
El movimiento pasivo continuo es utilizado con frecuencia después de una artroplastia total de
rodilla, esta cirugía mejora la calidad de vida de los pacientes que presentan osteoartritis o artritis
reumatoide. Este tratamiento se combina con fisioterapia para lograr la rehabilitación del
paciente, se han realizado algunos estudios para comprobar los beneficios del CPM combinado
con fisioterapia contra la fisioterapia sola, los resultados obtenidos de estos estudios establecen
que el CPM combinado con fisioterapia incrementa la flexión activa de la rodilla y disminuye la
estancia hospitalaria, además de que disminuye la necesidad de manipulación postoperatoria
[I.30].
El CPM consiste en que el paciente realice movimientos de flexión y extensión del miembro
afectado sin que el paciente realice esfuerzo para realizarlos es decir estos movimientos deben ser
realizados por un fisioterapeuta o bien por alguna maquina.
El Dr. Robetr B. Salter por su experiencia personal se dio cuenta de que las lesiones incompletas
de ligamentos que no se inmovilizaban, cicatrizaban más rápido y que las articulaciones
asociadas tenían mejor arco de movimiento que las que habían sido enyesadas. Durante sus
estudios de medicina cuestionó el dogma de que todos los tejidos lesionados requerían reposo e
inmovilización para cicatrizar, dogma que fue mantenido durante miles de años desde Hipócrates
la inquietud constructiva del Dr. Salter lo llevó a desarrollar el concepto del movimiento pasivo
continuo, que había nacido en 1970, después de 8 años de meticulosa experimentación
cuidadosamente planeada, brillantemente ejecutada y registrada, capaz de demostrar
convincentemente los beneficiosos efectos de este movimiento en la cicatrización y regeneración
del tejido músculo-esquelético. Salter desarrolló la novedosa hipótesis de que el movimiento
pasivo continuo estimulaba células mesenquimales pluripotenciales para cambiar su expresión
fenotípica y producir cartílago articular en vez de tejido fibroso o hueso [I.31].
El movimiento pasivo continuo combinado con fisioterapia ofrece resultados beneficicos
comparado con la fisioterapia sola en la rehabilitación a corto plazo posterior a una artroplastia
total de rodilla.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
22
El movimiento pasivo continuo se aplica mediante un aparato utilizado con frecuencia después de
una artroplastia de rodilla. La presente revisión de 14 estudios (952 participantes) encontró
mejoras significativas en la flexión activa de la rodilla y en el uso de analgésicos a las dos
semanas posteriores a la cirugía al utilizar movimiento pasivo continuo y fisioterapia comparados
con fisioterapia sola. Además, la duración de la estancia hospitalaria y la necesidad de
manipulaciones en la rodilla disminuyeron significativamente en el grupo de movimiento pasivo
continuo. El movimiento pasivo continuo combinado con fisioterapia puede ofrecer resultados
beneficiosos para los pacientes que experimentaron una artroplastia de rodilla. Se necesita una
mayor cantidad de investigaciones para evaluar las diferencias de la efectividad con diferentes
características de aplicación como la duración total del tratamiento y la intensidad de las
intervenciones de CPM [I.30].
Una maquina de CPM realiza los movimientos de flexión extensión que el paciente requiere
teniendo la opción de programar los ángulos adecuados del movimiento y la velocidad a la que se
debe de realizar.
I.2.3 Órtesis o férulas
Elementos que contribuyen a evitar las deformidades entre las más usadas los corsés para evitar
las escoliosis, y los correctores de equino que evitan la retracción del Aquiles, en casos más
severos puede emplearse el aparato largo con rodilla articulada, aunque en la práctica limita con
frecuencia la capacidad de desplazamiento, pero facilita la bipedestación.
Las órtesis son elementos externos que aplicados a la superficie corporal permiten mejorar una
función o un movimiento y habitualmente se confeccionan a medida [I.32].
Funciones:
• Inmovilización o soporte: la órtesis deja en reposo o inmoviliza una articulación o
segmento corporal, ya sea para prevenir deformaciones o mantener la articulación en
posición funcional.
• Alineación de segmentos corporales
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
23
• Mejoría de una función; por ejemplo frente a un segmento parético o pléjico.
• Prevención de deformidades
• Estabilización
• Bloqueo de segmentos o permitir movimiento con rangos controlados
• Permitir aplicar tracción, para aumentar rangos articulares o elongar musculatura
contracturada.
• Disminuir dolor.
I.2.4 Mecanoterapia
Los primeros aparatos de mecanoterapia empezaron a utilizarse en el año 1910 en Suecia y
fueron perfeccionados y modificados continuamente, sin embargo estos primeros dispositivos
cayeron progresivamente en desuso por la complejidad de su instalación y el desembolso
económico que suponía su adquisición. Actualmente los equipos que se utilizan son aparatos
sencillos pero funcionales que permiten además resolver la mayoría de los problemas de
movilización activa regional o segmental.
Indicaciones y contraindicaciones.
El uso de la mecanoterapia se puede aplicar tanto para aumentar las resistencias como para
disminuirlas e incluso, para realizar movilizaciones pasivas o autopasivas, de ahí que su cuadro
de indicaciones sea muy elevado.
El interés actual de la mecanoterapia es que el paciente pueda realizar ejercicios con una finalidad
curativa. Para ello es necesario un fisioterapeuta que enseñe y supervise al paciente los ejercicios
a realizar y su posible evolución en el tiempo; para ello ni señalar que son imprescindibles
conocimientos de anatomía, fisiología y biomecánica para ejecutar enseñar los movimientos al
paciente y corregírselos día a día [I.33].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
24
I.3 Equipos de rehabilitación
Actualmente existen muchos equipo de rehabilitación, desde algunos muy básicos que solamente
tiene elementos mecánicos es decir no tiene algún accionamiento automático hasta algunos
equipos robóticos que cuentan con sensores capaces de medir la intensidad de trabajo de los
músculos, la posición, y velocidad de las articulaciones, etc.
Actualmente algunas revistas de rehabilitación citan el trabajo de CASE Instituto de tecnología a
los inicios de 1960 como la primera aplicación de la tecnología robótica en la rehabilitación. Este
era una órtesis con cuatro grados de libertad. La estructura exoesqueletica soporta el brazo del
paciente y realiza algunas secuencias de puntos previamente grabados. Otro proyecto fue el
Rancho Los Amigos “Golden Arm” Fig.I.4 este tenía siete grados de libertad varias versiones
fueron construidas y algunas fueron montadas en sillas de ruedas.
Figura I.4.- Órtesis de cuatro grados de libertad
Además de los dos aparatos mencionados, los trabajos más específicamente enfocados en el área
de la rehabilitación comienzan a mediados de los 70’s. uno de estos proyectos fue una estación de
trabajo diseñada por Roesler en Heidelberg al oeste de Alemania. Otro equipo de este tipo fue
diseñado por Seamone and Schmeisser en la universidad Johns Hopkins en 1974. El brazo de este
sistema estaba basado en una prótesis de un brazo eléctrico montado en una vía horizontal. Otro
robot de este tipo fue el Spartacus diseñado en Francia.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
25
En otros trabajos sobre la robótica en la rehabilitación se reconoce el trabajo continuo de la
Universidad de Stanford iniciado por Larry Leifer en el departamento de Ingeniería mecánica,
con Machiel Van Der Loos de el Centro VA de Palo Alto. Ellos construyeron cuatro
generaciones de DeVAR (Desktop Vocational Assistive Robot) el sistema DeVAR IV usa el
brazo puma 260, un robot manipulador industrial [I.34].
Como se ha mencionado este trabajo se enfoca a los miembros inferiores y más específicamente a
la articulación de la rodilla.
En 1999 se diseño una maquina de ejercicio terapéutico llamada Sakaki, esta costa de dos brazos
mecánicos que sujetan al miembro inferior [I.35].
Maquina de ejercicio terapéutico (TEM) es un equipo ejercitador para las articulaciones de cadera
y rodilla. Dos brazos mecánicos mueven el miembro inferior. Los brazos son movidos por dos
motores eléctricos, controlados por una computadora usando sensores.
La maquina tiene las siguientes características:
1- Amplio rango de movimiento
Los mecanismos de los brazos pueden seguir los tres grados de libertad de la extremidad
inferior en el plano sagital.
2- Movimiento suave
Si el paciente ejerce una fuerza externa al TEM, los brazos mecánicos se mueven para
contrarrestar esa fuerza.
3- Enseñanza directa
Los terapistas pueden enseñar al TEM los tipos apropiados de movimiento para la
articulación mientras que el paciente esta sobre la maquina.
4- Funciones de medición
TEM mide el ángulo y el torque de la cadera y la rodilla [A6].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
26
Figura I.5.- Equipo Sakaki
Recientemente un trabajo presenta el diseño de un prototipo de CPM para la terapia de rodilla
con las siguientes características:
• Rangos de movimientos ajustables
• Flexión-extensión rodilla 5° a 132°
• Barras ecualizables
• Fácil de operar
• Alineación anatómica para el eje de movimiento
• Para pierna izquierda y derecha
• Velocidades variables
• Para un amplio rango de personas (15 años a un adulto)
La máquina está diseñada para la articulación de rodilla y puede ser utilizada para la terapia de
cadera, los movimientos que se desarrollan para la rodilla son los mismos que para la terapia de
cadera, excepto en sus arcos de movilidad.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
27
La máquina de CPM genera niveles de ruidos equivalente Leq de 9,77 dBA, lo cual está entre lo
permitido por la Environmental Protection Agency. Esta máquina es una solución en la búsqueda
del mejoramiento de la calidad de vida de la población, debido a la disminución de costos tanto
de fabricación y de alquiler, buscando siempre la masificación del tratamiento de lesiones [I.36].
Figura I.7.- Maquina de MCP
Actualmente existen varias maquinas comerciales de este tipo se conocen como máquinas de
movimiento pasivo continuo (CPM) algunas marcas de estas son: Industrias Mckelor, Kinetic
Spectra, y su precio oscila entre los 2,500 Usd.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
28
Figura I.6.- Maquina de CPM. Marca Mckelor modelo 1800
Otro tipo de maquina destinada a la rehabilitación de los miembros inferiores son:
Este equipo en particular está diseñado para pacientes que usan silla de ruedas o de edad
avanzada con movilidad limitada. Este aparato trata de imitar el movimiento se realiza al remar
en un bote, y además cuenta con un control para los miembros inferiores y un estabilizador del
tronco [I.37].
Figura I.8.- Equipo de rehabilitación para pacientes en silla de ruedas
En otro trabajo se propone un robot manipulador de tres grados de libertad usado como
exoesqueleto para la rehabilitación de miembros inferiores, el control de este robot es realizado
mediante un controlador inteligente. El robot puede operar en dos etapas aprendizaje y terapia.
Puede realizar movimientos de flexión y extensión [I.38].
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
29
Figura I.9.- Diseño final del robot de tres grados de libertad usado en rehabilitación
Actualmente existen muchos equipos de rehabilitación de la marcha humana a continuación se
mencionan algunos de estos son: Gait Trainer (GTI), Driven Gait Orthosis (DGO) 'Lokomat',
[I.39].
Figura I.10.- Equipo para rehabilitación de marcha humana (GTI)
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
30
Figura I.11.- Equipo de rehabilitación de marcha humana (DGO)
Los aparatos de rehabilitación robótica están disponibles para el entrenamiento de funciones
deterioradas, por ejemplo el robot Lokomat sostiene el peso del paciente durante su
entrenamiento. Los equipos robóticos estan equipados con sensores y actuadores necesarios para
su control. En este robot estos sensores se pueden utilizar como herramientas avanzadas para
obtener mediciones fisiológicas que pueden ser apropiadas para el paciente.
En los últimos años se ha incrementado el uso de robot para la rehabilitación, esto se debe a que
pueden realizar terapia de manera más efectiva. Un robot puede realizar los movimientos que
requieren los ejercicios de fisioterapia. Para la rehabilitación existen tres formas en que se puede
utilizar los robots:
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
31
- Pasiva. Es cuando el movimiento es realizado por el robot, mientras que el paciente
permanece relajado.
- Activa asistida. Es cuando el paciente inicia el movimiento, pero el robot lo ayuda a
realizarlo a lo largo de la trayectoria.
- Activa con resistencia. Es cuando el robot opone resistencia a los movimientos del
paciente [I.39].
Figura I.12.- Robot Lokomat
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
32
I.4 Sumario
El presente capitulo que es el primero de este trabajo menciona desde lo más general hasta el
problema que se aborda en este trabajo es decir comienza por presentar algunas generalidades de
la discapacidad, sus antecedentes, algunas definiciones, su clasificación, para posteriormente
centrarse en la discapacidad motriz, sus causas, los problemas en los miembros inferiores y más
específicamente los padecimientos comunes de rodilla.
Posteriormente se presentan algunas alternativas de rehabilitación como la fisioterapia, se define
el concepto de movimiento pasivo continuo, presentando las ventajas de este en comparación con
la fisioterapia sola. En la parte final del capítulo se presentan algunos aparatos para ayudar a la
rehabilitación de rodilla incluyendo algunos trabajos previos sobre máquinas para terapia de
movimiento pasivo continuo. También se presentan algunos equipos de rehabilitación de la
marcha humana que utilizan tecnología robótica.
I.5 Referencias
1. Aguado Díaz, Antonio León (1993). Historia de las Deficiencias. Colección Tesis y Praxis. Escuela Libre Editorial, Fundación ONCE. Madrid, España.
2. Aguado Díaz, Antonio León (1993). Historia de las Deficiencias. Colección Tesis y
Praxis. Escuela Libre Editorial, Fundación ONCE. Madrid, España.
3. Barton, Len (coord.) (1995). “Sociología y Discapacidad: algunos temas nuevos”. En:
Discapacidad y sociedad. Trad. Roc Filella, Ed. Fundación PAIDEIA-Morata. SL. Traductor Addison Wesley Longman. Madrid, España.
4. Alvarez Amézquita, José; Bustamante, Miguel E.; López P. Antonio y Fernández del
Castillo Francisco (1960). Historia de la salubridad y de la asistencia en México. Tomo II. SSA. México.
5. Análisis de la Problemática de la Salud Mental en México. En: http//www.ssa.gob.mx 14/
07/2003.
6. Fuentes, Mario Luis (1998). La asistencia social en México. Historia y perspectivas.
Ediciones del Milenio. México, D.F.
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
33
7. Soberón, Guillermo; Kumate, Jesús y Laguna, José (comp.) (1998). Problemas y
programas de salud. Tomo II. Edición conmemorativa del 40 aniversario de la Organización Mundial de la Salud y del décimo de la Declaración de Alma-Ata. SSA, INSP, CN y FCE. México.
8. Soberón, Guillermo; Kumate, Jesús y Laguna, José (comp.) (1998). Problemas y
programas de salud. Tomo II. Edición conmemorativa del 40 aniversario de la Organización Mundial de la Salud y del décimo de la Declaración de Alma-Ata. SSA, INSP, CN y FCE. México.
9. Fuentes, Mario Luis (1998). La asistencia social en México. Historia y perspectivas.
Ediciones del Milenio. México, D.F.
10. Instituto nacional de estadística geografía e informática (2004). Las personas con
discapacidad en mexico una visión censal INEGI
11. Tortosa L, García – Molina, C. Page, A. Ferreras. Ergonomía y discapacidad, Instituto de
Biomecánica de Valencia (IBV) Valencia 1999.
12. Carlos Egea García, Alicia Sarabia Sánchez, Clasificaciones de la OMS sobre
discapacidad, 2001
13. Carlos Egea García, Alicia Sarabia Sánchez, Clasificaciones de la OMS sobre
discapacidad, 2001
14. Verdugo Alonso, Miguel Ángel. (1998). Personas con Discapacidad. Editorial Siglo
XXI. Madrid, España.
15. (2002b). Derechos humanos de las personas con discapacidad física, 2002, Comisión
Nacional de los Derechos Humanos y Comisión de Atención a Grupos Vulnerables de la Cámara de Diputados LVIII Legislatura y Libre Acceso, A.C. México.
16. Hernández, Marco Antonio; Ruíz, María del Carmen y Torices I. (2000). “Discapacidad
Motriz”. En: Protección Civil y Discapacidad; la unión de dos culturas. México (mecanograma).
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
34
17. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal Diseases, Questions and answers
about knee problems, Public Health Service, 2002.
18. Oficina internacional del trabajo, Organización de las Naciones unidas para la educación, la ciencia y la cultura, Organización mundial de la salud, (2004) Estrategia para la rehabilitación, la igualdad de oportunidades, la reducción de la pobreza y la integración social de las personas con discapacidad. ISBN 92-4-359238-6
19. Vallbona Carlos, La actividad física como elemento de salud para las personas
discapacitadas.
20. Unión europea de especialistas médicos, Curriculum de estudios y conocimientos teoricos
para la obtención del diploma de consejo Europeo de medicina física y rehabilitación.
21. A.Hüter-Becker, H. Scheme, W. Heipertz, Fisioterapia Descripción de las técnicas y
tratamiento, 2003, Editorial paiditribo, pp 13-15.
22. Moreno Sanjuan Javier,(2007) Conceptos de fisioterapia ambulatoria ampliada
http://www.efisiterapia.net/articulos
23. Bonilla Martinez Rocio,(2007) lesión del ligamento cruzado anterior en el esquí y su
tratamiento de fisioterapia, http://www.efisioterapia.net/certamen2007
24. Sanchez Ibanez Jose Manuel,(2007) Reconstruccion del ligamento cruzado anterior
(LCA) Fisoterapia acelerada en sobrecarga excéntrica, http://www.efisioterapia.net/artículos
25. Garcia Novoa Ana, Fernandez Lobeto Sergio, (2008) Enfoque fisioterápico de la
esclerosis multiple, http://www.efisioterapia.net/artículos
26. Parra Nova Javier, Reyes Llerena Gil A.(2000) Rehabilitacion post-artroscopia de la
rodilla. Condiciones clínico terapéuticas, Revista cubana de reumatologia
27. Daza Benitez Leonel, Vidal Lesso Agustin, Lesso Arroyo Raul, Analisis y simulación del
Capítulo I
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
35
28. desgaste de cartílago de la articulación de rodilla
29. Checa Gonzalez Angel, Rehabilitacion y artroscopia de la rodilla Archivos de
reumatología
30. Milne S, Brosseau L, Robinson V., Noel MJ, Davis J, Drouin H, Wells G, Tugwell P.
Movimiento pasivo continuo posterior a la artroplastia total de rodilla (Revisión Cochrane traducida). En: La Biblioteca Cochrane Plus, número 3, 2008.
31. Biografía del Dr. Robert B. Salter, Revista Colombiana de Traumatología y Ortopedia,
Volumen 18 Numero 3.
32. Bernal Luis, Terapia ocupacional, Ortesis y ayudas técnicas, www.luisbernal.es
33. Bernal Luis, Mecanoterapia concepto indicaciones y contraindicaciones,
www.luisbernal.es
34. Hillman Michael, Rehabilitation robotics from past to present - a historical perspective,
Proceedings of the ICORR 2003(The Eighth International Conference on Rehabilitation Robotics), 23-25 April 2003
35. D. A. Bradley, M. S. Hawley, P. M. Enderby, S. J. Brownsell, S. J. Mawson and C.
Acosta-Marquez, Remote Rehabilitation Using an Intelligent Exoskeleton.
36. Rosero Garcia Esteban Emilio, MArtinez D. Rodrigo, Galvis L. Elmer, Diseño y
construcción de una maquina de movimiento pasivo continuo para la terapia de rodilla.
37. Erhan Akdogan, M. Arif Adli, An exoskeletal robot manipulator for lower limbs
rehabilitation.
38. Henning Schmidt, Cordula Werner, Rolf Bernhardt, Stefan Hesse and Jörg Krüger, (2007)
Gait rehabilitation machines based on programmable footplates, Journal of NeuroEngineering and rehabilitation.
39. Hillman Michael, Rehabilitation Robotics from Past to Present A Historical Perspective.
CAPITULO II SISTEMA MUSCULO ESQUELETICO DE
LA RODILLA
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
36
II.1 Anatomía estructural de la rodilla
La articulación de la rodilla probablemente es la más complicada del cuerpo humano. Esto se
debe a que comprende dos articulaciones diferentes en estructura y función, pero relacionadas
entre sí; las articulaciones tibiofemoral y femoropatelar. Su movimiento es multidireccional, lo
dirigen los planos de las superficies articulares opuestas, los elementos neuromusculares y las
acciones restrictivas de los ligamentos [II.1] (Figura II.1).
Figura II.1.- Anatomía de la rodilla
II.1.1 Anatomía de los huesos
En la rodilla intervienen tres huesos que son; el fémur, la tibia y la rotula o patéla (Figura II.2). El
extremo inferior del fémur contiene un cóndilo medial y uno lateral, separados desde atrás por
una fosa o incisura intercondilea. El cóndilo medial es mayor que el cóndilo lateral y posee una
prominencia superior, para la inserción del tendón del aductor mayor. La rotula el mayor hueso
sesamoideo del cuerpo, está incluida dentro del tendón de cuádriceps femoral. Es de forma oval y
posee un vértice aguzado en su superficie inferior. El ligamento patelar (tendón patelar) está
fijado en el vértice y en el hueso patelar adyacente [II.2].
Las superficies articulares del fémur, la tibia y la patéla no son congruentes. La superficie
articular del fémur comprende las áreas condíleas y a la superficie patelar. Entre cada una de las
superficies condileas y la superficie patelar se encuentra un surco poco profundo. Visto desde
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
37
abajo, el perfil de las superficies condíleas femorales por lo general se conforma al de las
superficies articulares de la tibia, la superficie del cóndilo femoral lateral aparece circular,
mientras que el cóndilo medial es grande y oval, alargada en dirección anteroposterior con una
concavidad que se extiende lateralmente [II.3].
Fig. II.2.- Huesos que forman la articulación de la rodilla.
Las superficies articulares tibiales son cóndilos revestidos de cartílago, cada uno con un área
central hueca y una periferia a planada. Entre los cóndilos se halla el área intercondílea. La
superficie articular del cóndilo medial de la tibia es oval, con su eje mayor en el plano sagital,
mientras que la superficie articular del cóndilo lateral de la tibia es circular y de menor tamaño
que la del cóndilo medial [II.2].
II.2 Articulaciones
Una articulación es simplemente la unión entre dos o más huesos. Las articulaciones
proporcionan la segmentación del esqueleto del individuo y permiten varios grados de
movimientos entre los segmentos [II.4]. En el organismo existen cinco tipos distintos de
articulaciones [II.5] (Figura II.3).
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
38
• Sindesmosis.- Es una articulación en la que los dos huesos sólo están unidos por
tejido fibroso.
• Sincondrosis.- Es una articulación en la que los huesos están unidos por cartílago.
• Sinostosis.- Es una articulación que en algún momento se ha obliterado por la unión de
los huesos. Algunas sindesmiosis y todas las sincondrosis acaban fusionándose y por lo
tanto se convierten en sinostosis.
• Sínfisis.- Es una articulación en la que las dos caras opuestas están recubiertas por
cartílago hialino y unidas por fibrocartílago, y tejido fibrosos fuerte.
• Articulación sinovial.- Es aquella en que las dos caras opuestas están recubiertas por
cartílago articular hiliano y unidas periféricamente por una capsula de tejido fibroso que
cierra una cavidad articular que contiene liquido sinovial.
Figura II.3.- Tipos de articulaciones
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
39
II.2.1 Mecánica de las articulaciones
Antes de emprender específicamente el análisis de la anatomía funcional de las articulaciones de
rodilla, es necesario considerarse su mecánica. La comprensión de la función mecánica de la
articulación se ha beneficiado por la colaboración de la ingeniería y la medicina. La terapia física
de los trastornos de la articulación depende del claro entendimiento de la función mecánica de
cualquier articulación y sus tejidos relacionados [II.4].
Una articulación sinovial típica se forma por dos articulaciones opuestas, cada una cubierta por
cartílago y envuelta en una capsula que contiene líquido sinovial, que la sinovia excreta y sirve de
lubricante. Existen dos clases fundamentales de superficies articulares: ovoidea y sillar (Figura
II.4). Que son uniformemente cóncavas o convexas con la superficie ovoidea. La curvatura del
hueso opuesto de las articulaciones es, a su vez, ya sea congruente o no congruente dependiendo
de su arco o curvatura y la relación estructural de las dos superficies.
Figura II.4.- Superficies articulares, Existen dos superficies articulares básicas (ovoidea y sillar)
X
Ovoide
Y
Sillar
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
40
Se considera que las superficies articulares de los huesos opuestos que comprimen a una
articulación son curvas perfectas que se adaptan una con otra con contacto igual en cada punto a
lo largo de las superficies articulares. El movimiento de esta clase de articulación, una
articulación congruente verdadera, se efectuaría alrededor de un eje fijo de rotación. Esta
definición de una articulación congruente verdadera se opone a los principios de la Ingeniería
[II.1].
Los estudios de las articulaciones en la ingeniería han mostrado que las superficies articulares son
variables más que uniformes. Una articulación congruente verdadera no permitiría la lubricación
de la sinovial puesto que un grado de no congruencia moverá el lubricante hacia cualquier lado
de la articulación (Figura II.5). Una articulación congruente varadera supone un contacto directo
de las superficies articulares en cada punto alrededor de la curvatura de sus superficies. Este
contacto crea una relación “compacta estrecha” y “enlazaría” a la articulación, o sea, como
ningún lubricante lo haría (Figura II.6). En una articulación incongruente las superficies
articulares se tocan en diferentes sitios y cubren un área pequeña el resto del espacio articular esta
mas separado. En el cuerpo humano solamente la articulación coxofemoral (cabeza del fémur
dentro de la cavidad cotiloidea) se aproxima a una articulación congruente. El movimiento de una
articulación incongruente es de vuelta más que de rotación, que es el movimiento de la mayor
parte de las articulaciones, especialmente la rodilla, da como resultado un deslizamiento en arco
(Figura II.7) [II.1].
Figura II.5.- Superficies articulares asimétricas
Laxo
Apertura Tensión Oclusión
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
41
EJE
A
EJE
B
EJE
C
CARTILAGO
VERTICE
PRESION
HIAULORONIDASA
a
bc
d
e
Figura II.6.- Lubricación hidrodinámica. Articulaciones no paralelas hacen que el líquido lubricante se acomode en forma de cuña, parte del cual se queda en el vértice. El líquido
lubricante se mueve en capas a, b, c, d y e, a la misma velocidad que el hueso articular, pero una capa (a–e) se adhiere a ambas superficies articulares.
Figura II.7.- Movimiento de la articulación (vuelta o rotación). La vuelta verdadera (C) esta ejemplificada como en una esfera que da vueltas alrededor de un punto. Si hay un cambio angular
del eje perpendicular (A) a la superficie durante la vuelta, ocurre una vuelta rotación (B).
En una articulación incongruente típica no hay asentamiento profundo de las superficies
articulares. Así los músculos y los ligamentos deben proporcionar soporte al mismo tiempo que
mueven las superficies cóncavas. Se requieren tanto los ligamentos como los músculos para el
soporte y el movimiento. En la rodilla esto no sucede, los ligamentos proporcionan la mayor parte
del soporte y los músculos proporcionan la actividad cinética.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
42
II.3 Meniscos
La articulación tibiofemoral es incongruente [II.1] y así relativamente inestable en cuanto a su
mecánica. La congruencia se logra por la inserción de los meniscos en la articulación entre los
cóndilos femorales y la superficie articular de la tibia. Los meniscos son estructuras
fibrocartilaginosas de tejido, curvas y en forma de cuña, localizadas en la periferia de la
articulación tibiofemoral, los cuales se encuentran unidos uno con otro y con la capsula de la
articulación (Figura II.8).
Figura II.8.- Anatomía de los meniscos
La función mecánica de los meniscos es ayudar en la distribución de presión entre el fémur y la
tibia y poder soportar el peso, además de equilibrar la presión intra-articular de la acción
muscular. Al crear una articulación más congruente también ayudan en la lubricación de la
articulación. El menisco interno mide aproximadamente 10 mm de ancho, con su extremo
posterior más ancho que la porción media (Figura II.9).
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
43
Figura II.9.- Inserciones de los meniscos
El menisco interno en su extremo o cuerno anterior se une al borde anterior de la tibia por medio
de tejido de ligamento fibroso y a la espina intercondilea anterior. Con frecuencia se une con el
ligamento cruzado anterior. Por medio del ligamento transverso, se une con el extremo anterior
del menisco externo. Está firmemente unido en su periferia con la capsula de la articulación y con
la parte profunda del ligamento lateral interno. Posteriormente el menisco interno se une con el
engrosamiento fibroso de la capsula y también está unido a la porción tendinosa del musculo
semimembranoso [II.2]. El menisco externo tiene de 12 a 13 mm de ancho. Su curvatura es
mayor que la del menisco interno, por lo que parece un anillo cerrado. En contraste, el menisco
interno tiene mas forma de C. Tanto el extremo anterior como el posterior del menisco externo se
insertan directamente en las protuberancias intercondileas y por medio de una unión fibrosa al
ligamento cruzado posterior (ligamento meniscotibial). La mayor parte del extremo posterior se
inserta en la fosa intercondilea del fémur por medio de un fascículo fuerte que continua hacia
arriba y medialmente. Este fascículo se conoce como el ligamento musculo femoral posterior, el
cual frecuentemente s curva con el ligamento cruzado posterior.
El menisco externo tiene inserciones muy laxas con la parte lateral de la capsula. En su extremo
posterior, la vaina del tendón poplíteo se interpone entre el menisco externo y la capsula. Existe
una bolsa sinovial entre el menisco y la capsula. Su pared externa forma un compartimiento
(vaina) que contiene al tendón poplíteo. El menisco externo tiene gran movilidad esencialmente
alrededor de las inserciones del punto de apoyo con los tubérculos intercondilileos (espinas) de la
tibia con una pequeña conexión capsular lateral o ninguna [II.6].
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
44
II.4 Ligamentos
La configuración ósea incongruente de la articulación de la rodilla contribuye poco a la
estabilidad o integridad de la misma. La instrucción de los meniscos mejora la estabilidad
estática, pero no tiene efecto en el componente cinético. Los músculos dan movimiento a la
articulación pero interviene poco en su firmeza. La capsula es redundante y esencialmente tiene
la función de contener el liquido sinovial nutriente, pero casi no contribuye a la estabilidad de la
articulación. Solamente los ligamentos de la articulación de la rodilla le proporcionan estabilidad
a esta que es estática y cinética [II.5].
Figura II.10.- Anatomía de los ligamentos
Los ligamentos son una clase de tejido conjuntivo y a los que se ha estudiado ampliamente; son
similares en estructura y función a los tendones excepto por la disposición de las fibras colagenas
componentes, en los ligamentos es más irregular que en los tendones. Los ligamentos también
comprenden más fibras de elastina dentro de las fibras colagenas. Debido a su composición los
tendones se pueden rehabilitar más fácilmente y se recuperan mejor de las lesiones que los
ligamentos; los tendones se emplean con frecuencia para reemplazar quirúrgicamente a los
ligamentos dañados (Figura II.10). Los ligamentos de rodilla reciben fibras nerviosas de las
ramas contiguas del nervio tibial (ciático poplíteo interno); las fibras sirven como fibras
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
45
vasomotoras (simpáticas). Sin embargo, estudios recientes, se han referido a la presencia dentro
de los ligamentos de mecanoreceptores que sirven en la propiocepcion.
Figura II.11.- Fibra colagena.
Cada fibra colagena es una cadena trihelicoidal de aminoácidos unidos químicamente.
II.4.1 Ligamentos cruzados
De los ligamentos de la rodilla, los laterales y los cruzados, se ha reconocido a los segundos
como los más importantes para asegurar el funcionamiento normal y si se les daña, resultan
lesiones e incapacidad importantes [II.2].
Hasta hace poco había escapado con frecuencia el reconocimiento, la evaluación y el tratamiento
adecuado de la lesión a dicha estructura [II.7]. Esto ha provocado el daño permanente y el fin de
las carreras de muchos atletas [II.1]. Las técnicas de estudio más recientes que utilizan la
artroscopía, el rastreo por tomografía computadorizada (TC) y las imágenes por resonancia
magnética (IRM) han determinado la función adecuada de los ligamentos cruzados en la función
normal y en la patología [II.3]. Hay dos ligamentos cruzados: el anterior (LCA) y el posterior
(LCP). El LCA es el más expuesto y de los dos es el que se daña e incapacita más a menudo.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
46
II.4.1.1 Ligamento cruzado anterior
El LCA se origina en la cara no articular de la tibia y pasa superior, lateral y posteriormente para
insertarse en la parte posterior de la fosa intercondilea (Figura II.12). El ligamento toma su
nombre de “anterior” porque se localiza en la parte anterior de la tibia. La inserción de la tibia es
larga y firme originándose algunas de sus fibras en la cara interna y anterior de la espina de la
tibia. Muchas fibras se insertan en el extremo anterior del menisco externo y 20% de estas llegan
a la parte posterior tan lejos como el origen en la parte posterior de la tibia del menisco externo.
Figura II.12.- Localización del ligamento cruzado anterior
El LCA está formado por dos bandas; una anteromedial pequeña y posterolateral grande abultada.
Estas dos bandas se dirigen paralelas y se insertan longitudinalmente por medio de un material
blando que les permite moverse en forma diferente. Esto supone que se tensan y relatan
diferentes partes del ligamento durante el movimiento de la rodilla y que hay partes del ligamento
que permanecen constantemente tensas durante este movimiento.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
47
Existen controversias de la importancia del LCA [II.8], Existen muchas opiniones; algunos creen
que no es importante relativamente como estabilizador esencial de la rodilla [II.1]. La mayoría
están de acuerdo en que el LCA [II.8]:
• Impide las luxaciones en la parte anterior. El LCA ocasiona el 85% del
desplazamiento anterior.
• Limita la rotación de la tibia sobre el fémur.
• Limita la tensión valgus y varus sobre la rodilla.
Solamente partes del LCA funcionan en cualquier momento para impedir las luxaciones
anteriores. Pero una parte del ligamento permanece tensa todo el tiempo. La banda interna
anterior (BIA) del ligamento proporciona resistencia de 70% de flexión hasta una flexión
completa y en una flexión de 90% la BIA es la resistencia principal. Las bandas internas
posteriores (BIP) se encuentran tensas en la extensión total y en la flexión de hasta 20° a 25°.
Entre los 40° y 50° de flexión ninguna de las bandas se encuentran tensas específicamente y en
este rango hay movilidad fisiológica anterior - posterior de las fibras. Se ha calculado que el
problema de los ligamentos se presenta de 10 a 15% de la elongación de los ligamentos [II.9]. El
problema sucede más rápidamente después de cualquier inmovilización importante en la cual los
ligamentos no se están elongando en forma repetida hasta sus límites fisiológicos (Figura II.13).
Figura II.13.- Lesiones del LCA
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
48
La rotación, especialmente la interna, de la tibia está limitada por ambas bandas del LCA. La
rotación excesiva se presenta después de una lesión del LCA si existe lesión concurrente al
ligamento lateral externo. En dicha lesión del ligamento puede haber lesión de un menisco. Rara
vez se presenta una simple inestabilidad de los ligamentos. A medida que el centro de rotación
varía normalmente en forma constante durante la rotación, este depende del problema observado
después de la lesión [II.8]
II.4.1.2 Ligamento cruzado posterior
El LCP es intrarticular y extrasinovial con una inserción en forma de media luna en el cóndilo
femoral interno. Su porción posterior más delgada se extiende sobre el borde posterior de la tibia.
Es el doble de fuerte que el anterior y actúa recíprocamente con el LCA (Figura II.14) [II.10].
Figura II.14.- Anatomía del ligamento cruzado posterior
El LCP funciona básicamente como un estabilizador de la rodilla, estando más tenso en el
movimiento de esta. Parte del LCP permanece tensa a través de todo el rango de movimiento de
la rodilla. Se vuelve más tenso en la rotación interna de la tibia sobre el fémur al soportar el peso
de la pierna, que es una de sus funciones principales. También resiste la hiperextension de la
rodilla y ayuda en la estabilidad interna de la rodilla [II.10]. La fuerza del LCP probablemente
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
49
explica su intervención poco frecuente excepto en las lesiones graves de la rodilla que lesionan
otras estructuras de la misma [II.10].
II.4.2 Ligamentos laterales y capsulares
La capsula de la articulación de la rodilla es esencialmente una membrana fibrosa delgada que
esta reforzada por las estructuras ligamentosas que estabilizan la rodilla. Estos ligamentos
laterales estabilizan la articulación guiando, así como, restringiendo el movimiento de la
articulación. Pueden dividirse en partes interna y externa (Figura II.15), cada una tiene
características específicas [II.7].
Figura II.15.- Ligamentos capsulares y laterales.
II.4.3 Ligamentos laterales internos
A diferencia de los ligamentos el ligamento lateral interno no es distinto. Este ligamento está
formado esencialmente por tres capas de tejidos de tipo aponeurótico en el lado interno de la
rodilla. Se insertan en la parte superior de la tuberosidad interna del fémur y en la parte inferior
en la tibia justo por debajo del nivel del cartílago articular. Las capas de la primera a la tercera
están formadas por la aponeurosis profunda (crural), el ligamento interno superficial y la capsula
y al parte interna profunda, respectivamente. La primera capa es una aponeurosis inmediatamente
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
50
por debajo de la piel que se extiende anteriormente para cubrir la patéla y su tendón y
posteriormente, para cubrir la fosa poplítea. El musculo sartorio se inserta en la aponeurosis, pero
no tiene su propio tendón. Los músculos recto interno del muslo y semitendinoso tiene diferentes
tendones que invaginan a la aponeurosis [II.7]
La segunda capa es el ligamento interno superficial. Las fibras son paralelas y verticales; pero a
medida que continúan posteriormente, tienden a ser más oblicuas donde emergen con la tercera
capa y con la vaina tendinosa del musculo semimembranoso. Las fibras anteriores de la segunda
capa, emergen formando el ligamento femoropatelar, el cual une la patéla con el fémur.
La sección profunda del ligamento lateral interno esencialmente se divide en tres partes: los
ligamentos anterior, medio y posterior. La parte anterior de las fibras se extiende anteriormente
hacia el mecanismo extensor y tiene una inserción laxa con el extremo anterior del menisco
interno estas fibras se relajan durante la extensión de la rodilla, pero se tensan durante su flexión,
interviene en la conservación del alineamiento de la patéla con el surco condilar femoral en los
movimientos de la rodilla.
A la parte medial de la segunda capa se le denomina ligamento lateral interno, ligamento lateral
tibial, ligamento lateral interno superficial, ligamento interno superficial o ligamento lateral
interno. Se le conoce mejor como las fibras paralelas del ligamento interno superficial, esta parte
del ligamento interno mide aproximadamente 11 cm de largo y 0.5 cm de ancho.
La parte media del ligamento interno, a su vez se divide en dos secciones; el segmento
meniscofemoral superior, el cual es grueso y se fija al menisco interno y el segmento
meniscotibial inferior, el cual es laxo y permite que la tibia se mueva sobre el menisco. La tercera
capa es la capsula. Existe controversia acerca si la capsula es una combinación de tendones
profundos y tejidos capsulares delgados sinoviales o es una entidad separada. La última
alternativa parece correcta ya que la capsula y el ligamento está separado. El compartimento
lateral de la rodilla se extiende posteriormente desde el borde lateral del tendón patelar hasta el
ligamento cruzado posterior y está dividido en tres áreas; anterior, media y posterior. En la parte
superior se inserta al epicondilo lateral del fémur e inferiormente en la cabeza de la fíbula.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
51
La capa anterior consiste en la capsula, que se extiende desde el tendón rutiliano hasta el borde
anterior de la banda iliotibial y la expansión lateral del tendón del cuádriceps. Esta parte del
ligamento lateral de la rodilla es más importante funcionalmente para el mecanismo
femoropatelar que para la estabilidad de la rodilla. El área media del comportamiento lateral es la
banda iliotibial, la cual cubre el ligamento capsular, este a su vez, consiste en una parte
meniscotibial y una meniscofemoral. La banda iliotibial se inserta en el epicondilo lateral del
fémur, después la tuberosidad externa de la tibia. Esta es la cara posterior de la banda iliotibial
que se puede considerar en realidad como ligamento lateral externo, estando por delante del eje
de rotación del cóndilo femoral. El ligamento lateral externo extiende la rodilla y es un soporte
importante de la rodilla hasta 30° de flexión. Permite la rotación normal cuando se relaja en la
flexión y se tensa cuando está en rotación completa.
Figura II.16.- Ligamentos laterales externos
La porción posterior del comportamiento lateral está formado por fibras entrelazadas de la
capsula y las fibras aponeuróticas que provienen de la banda iliotibial. Estas fibras se denominan
en conjunto complejo ligamentoso arqueado y contienen el tendón del musculo poplíteo (Figura
II.17).
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
52
Figura II.17.- Musculo poplíteo
Este musculo tiene tres orígenes tendinosos y finalmente se inserta a través de una masa muscular
en la parte proximal posterior de la tibia. Los tres orígenes tendinosos salen del cóndilo femoral
lateral, la cara posterior de la fíbula y el extremo posterior del menisco externo. Estos orígenes
tendinosos forman un ligamento en forma de Y. El tendón del bíceps se inserta en la cabeza de la
fíbula, la capsula, la banda iliotibial y el ligamento lateral externo. El compartimiento capsular
posterior se tensa cuando se extiende la rodilla y se relaja en la flexión.
El ligamento arqueado se encuentra sobre la aponeurosis del musculo poplíteo y se inserta
firmemente en esta. La fosa posterior (fosa poplítea) de la rodilla está limitada en la parte
posterior de los tendones de los músculos semimembranoso, semitendinoso y bíceps, y en la
parte inferior por los dos extremos del musculo gastrocnemio. El techo de la fosa es la
aponeurosis del musculo poplíteo. El nervio fibular común o ciático poplíteo externo pasa por el
cuello de la fíbula por detrás del tendón del bíceps. La fosa contiene la arteria y la vena poplíteas
y el nervio fibular común. En la parte superior de la fosa, este nervio se divide en las ramas tibial
y fibular, las cuales pasan por encima del extremo lateral del musculo gastrocnemio y por debajo
de la aponeurosis.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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II.5 Músculos de la articulación de la rodilla
El movimiento poderoso y la estabilidad de la rodilla se debe a varios músculos que cruzan la
articulación por la parte anterior, por la parte posterior y a ambos lados. Se clasifican por su
función como los grupos extensores anteriores, flexores posteriores, aductores internos y
abductores externos, los abductores y los aductores son rotadores y estabilizadores [II.1].
II.5.1 Músculos anteriores
El musculo principal del grupo de los extensores es el cuádriceps crural, el cual comprende al
musculo recto anterior del muslo y tres músculos denominados vasto interno, vasto externo y
crural (Figura II.18).
Figura II.18.- Cuádriceps crural
El musculo recto anterior del muslo se origina como un tendón de la espina iliaca inferior de la
pelvis, el cual se encuentra inmediatamente superficial al origen iliaco del ligamento iliofemoral
de la articulación coxofemoral (Figura II.19). Al cruzar esta articulación, el musculo recto
anterior del muslo ejerce fuerzas flectoras. Todos los músculos vastos se originan en la cara
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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anterior del fémur. El grupo de los extensores converge en un ligamento que se inserta en la
tuberosidad anterior de la tibia. En su terminación el grupo de los extensores se ha incorporado en
su tendón un hueso sesamoideo, la patéla (Figura II.20), formando la otra articulación de la
rodilla, la articulación femoropatelar [II.7].
FiguraII.19.- Cuádriceps crural
Figura II.20.- Origen del musculo recto anterior del muslo.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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II.5.2 Función del cuádriceps
Ameritan un estudio especial los músculos cuádriceps porque son tan importantes en los
movimientos normales de la articulación de la rodilla así como cuando hay daño e incapacidad de
la rodilla. Los pacientes que sufren una lesión de la rodilla en general muestran una atrofia
temprana del segmento del vasto interno del cuádriceps y a menudo falta de fuerza y de extensión
completa de la rodilla. Estos hallazgos han llevado a la especulación de cual segmento del grupo
muscular del cuádriceps es vital para la extensión completa a través de su límite o arco de
movimiento. También ha llevado a muchas investigaciones mecanopatologicas de la función de
la patéla en la extensión y la flexión de la rodilla.
El alineamiento de las fibras del vasto interno y el eje longitudinal del fémur difieren
aproximadamente en 15°, mientras que las fibras oblicuas del vasto interno difieren de 50° a 55°,
siendo caso horizontales (Figura II.21),. Los estudios electromiograficos han mostrado
contracción en todos los segmentos de los grupos del cuádriceps a través del límite de 0° a 90° de
flexión. Esto también es válido para los pacientes que han tenido cirugía reciente y que tienen
incapacidad crónica del cuádriceps.
Figura II.21.- Patéla. (1) Vista ventral de las superficies articulares internas y una externa que se
articulan con el fémur. (2) Vista lateral de la patéla. (3) El cuádriceps se inserta en la patéla. (4)
Las tres capas de la inserción tendinosa (CC cuádriceps; VI vasto interno; VE vasto externo).
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
56
La rodilla puede ser extendida por cualquiera de los componentes individuales del cuádriceps:
vasto externo, crural, vasto interno y recto anterior del muslo. La rodilla no puede ser extendida
solo con las fibras oblicuas del vasto interno. Vale la pena notar, que se necesita 60% más fuerza
para los últimos 15° de extensión que lo que se requiere para dicho grado de extensión. Si las
fibras oblicuas se contraen para conservar en el centro a la patéla en el surco intercondileo del
fémur, entonces se necesita 33% menos fuerza. Parecería que las fibra oblicuas funcionan
principalmente en asentar la patéla. También parece que no hay diferencia importante en la fuerza
ejercida por diferentes fibras del cuádriceps en la extensión de la rodilla. La diferencia aparente
está indicada por la ventaja mecánica de la intrusión del patéla en el mecanismo extensor y el
esfuerzo del cuádriceps (fibras oblicuas) para conservar la alineación de la patéla (II.9).
II.5.3 Articulación femoropatelar
La patéla es un hueso sesamoideo que se encuentra dentro del tendón del cuádriceps (Figura
II.22) y que participa en la actividad mecánica del cuádriceps (Figura II.20).
FiguraII.22.- Mecanismo del cuádriceps. El cuádriceps se extiende por encima de la cara
anterior de la articulación de la rodilla con tres extensiones ligamentosas.
Comprende la articulación de la rodilla así como la articulación tibiofemoral, pero la patéla
influye en la función. El tendón del musculo cuádriceps crural está formado por tres láminas; la
capa superficial del músculo recto anterior del muslo, la capa medio por los tendones de los
vastos externo e interno y una capa profunda por el musculo crural. Algunas de estas fibras
tendinosas pasan anteriormente a la patéla, algunas s e insertan en el borde superior y otras en los
Capítulo II
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57
bordes laterales. Las fibras tanto de las caras interna y externa se extienden para insertarse en los
cóndilos femorales, mientras que otras pasan a los ligamentos laterales capsulares.
Figura II.23.- Funcionamiento mecánico de la patéla. (Arriba) paralelogramo de fuerzas. (Abajo)
En la rodilla, la patéla aumenta el momento del brazo de m a M y así la torsión T1 es mayor que
T2 con fuerza similar F
La superficie interna de la patéla está cubierta con cartílago y se desliza sobre el cartílago de la
tróclea femoral. Con una relación de una articulación no congruente. Las superficies
intrapatelares asimétricas varían en su contacto con los cóndilos femorales cuando la rodilla se
flexiona y se extiende. Las carillas articulares de la patéla hacen contacto con los cóndilos
femorales en forma diferente a varios grados de flexión. En 20° de flexión el contacto es una
pequeña área de la parte superior de la patéla en 45° de flexión la parte media de las carillas
articulares laterales hacen contacto y en 90° de flexión el contacto es enteramente sobre la carilla
articular lateral inferior. En 45° de flexión la patéla es el único tejido que separa el cuádriceps de
los cóndilos, y así solamente un pequeño punto de contacto de la patéla sostiene todo el peso del
cuerpo durante la flexión de la rodilla [II.3].
Ma
Mb
X
X
F
F
T = F x M(a o b) X = EJE DE ROTACIONF = FUERZAM = MOMENTO DEL BRAZO
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
58
La carilla articular libre (interna) en la cara interna del borde que separa las carilla articulares, no
hace contacto con los cóndilos femorales sino hasta 135° de flexión. La carilla articular interna
hace contacto con la femoral interna después de 135° de flexión cuando la patéla ha pasado por la
rotación y está en la tróclea femoral.
La inervación del musculo cuádriceps es a través del nervio crural, el cual está formado por la
división primaria anterior de la raíces nerviosas de L2-4 (Figura II.24a). Además de ser un nervio
motor para el musculo cuádriceps, proporciona una gran rama cutánea para el lado interno de la
pierna y el pie. Su función principal activa el reflejo de la rodilla. La división sensitiva dl nervio
crural mostrando los dermatomas de L-2, L-3 y L-4 (Figura II.21b).
Figura II.24.- a) Raíces del nervio ciático. El cuarto y el quinto nervios lumbares y el nervio sacro forman el nervio ciático. b) Distribución del nervio crural la formación de su raíz.
(Izquierda) Dermatomas de la pierna y del muslo. (Centro) Formación del nervio con divisiones primarias anteriores de L2, L3 y L4. (Derecha) Distribución sensitiva cutánea de la extremidad
inferior.
Capítulo II
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59
El musculo sartorio (Figura II.23), además del grupo de los cuádriceps, es parte del grupo de
músculos anteriores del muslo. Este musculo en forma de banda se tuerce en espiral a través del
muslo desde su origen en la espina superior anterior hasta la parte interna anterosuperior de la
tibia por debajo de la tuberosidad anterior. Cuando este musculo se contrae, la persona adopta la
posición de un zapatero sentado (de ahí el nombre de sartorio o costurero); la cadera flexionada,
abducida y rotada de manera lateral con la rodilla flexionada y rotada internamente. En región
proximal el musculo sartorio (junto con el musculo aductor mediano) forma el borde lateral del
triangulo femoral.
Figura II.22.- Musculo Sartorio: tensor de la fascia lata.
El musculo tensor de la facia lata (Figura II.22) se origina en la cara lateral de la pelvis y
desciende a lo largo de la región lateral del muslo a través de la rodilla. Esto sucede justo por
delante del eje de rotación donde el musculo tensor de la facia lata forma una parte del ligamento
lateral externo. El estar por delante del eje de rotación de la rodilla supone que actúa para
extender la rodilla en la posición erecta y para estabilizarla lateralmente.
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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II.6 Músculos posteriores del muslo
Los músculos de la parte posterior del muslo y de la pierna que cruzan la rodilla, flexionan y
rotan la pierna sobre el fémur. Dichos músculos del muslo se clasifican mejor en los grupos
interno y externo (Figura II.23), los cuales se denominan “músculos de la corva”. El grupo
interno comprende los músculos semimembranoso y semitendinoso, los cuales, cuando se
flexionan internamente, rotan la pierna sobre el fémur. El bíceps crural es el musculo externo
principal del grupo de los músculos de la corva, y cuando se flexiona la rodilla rota internamente
a la pierna sobre el fémur (Figura II.24).
Figura II.23.- Músculos de la cara posterior del muslo. Los músculos semimembranosos (SM), semitendinoso (ST) y bíceps crural (B
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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Figura II.24.- Rotadores de la pierna. Cuando se flexiona la rodilla los músculos semimembranoso (SM) y semitendinoso (ST) rotan internamente la tibia. Los músculos biceps
crural (BC) y tensor de la fascia lata (TFL) rotan externamente la pierna. El musculo poplíteo (P) rota internamente la pierna sobre el fémur.
El musculo semimembranoso se origina en la tuberosidad isquiática de la pelvis (Figura II.23), y
se une con el origen del extremo largo del musculo bíceps crural. El primero de estos desciende a
lo largo de la cara interna del fémur, cruza la articulación de la rodilla y se inserta por medio de
un tendón grueso dividido que comprende cuatro partes (Figura II.25). La parte principal se
inserta en la superficie interne de la tibia por debajo del ligamento interno de la rodilla. Este
tendón envía fibras hacia el musculo poplíteo y el menisco interno. Por medio de estas
inserciones, el musculo semimembranoso flexiona la rodilla, rota internamente la pierna
flexionada y jala el menisco interno hacia atrás para acompañar a la tibia durante la flexión de la
rodilla [II.7].
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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Figura II.25.- Cara interna de la estructura posterior de la rodilla. (A) El musculo
semimembranoso tiene cuatro inserciones tendinosas. (B) La cara interna de la rodilla con los sitios de inserción de los flectores internos. (C) El musculo semimembranoso flexiona la rodilla y
simultáneamente jala el menisco hacia atrás y lo rota con la tibia.
Figura II.26.- “Pata de ganso”. La inserción interna del grupo externo de los músculos de la corva forman un tendón común del musculo semitendinoso con los músculos sartorio y recto
interno del muslo para formar la “pata de ganso”
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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El musculo semitendinoso también se origina en la tuberosidad isquiática y se inserta en la
superficie interna de la tibia en una línea vertical inmediatamente posterior a los sitios de
inserción de los músculos sartorio y recto interno del muslo.
Estos tres músculos forman un tendón en común llamado “pata de ganso” (Figura II.26). Bajo
este tendón hay una bolsa que es un sitio frecuente de inflamación y dolor. El musculo flector
lateral de la rodilla del grupo de los músculos de “la corva” es el bíceps crural. El extremo largo
se origina en la tuberosidad isquiática y desciende a través de la parte posterior del fémur,
uniéndose con el extremo corto del bíceps que se origina en la línea áspera del fémur. Todos los
músculos de la “corva”, excepto el extremo corto del bíceps cruzan dos articulaciones en su
trayecto.
El extremo largo del musculo bíceps forma un tendón ancho plano de 7 a 10 cm. Por arriba del
nivel de la articulación de la rodilla, donde está unido por el tendón carnoso de su extremo
profundo. Después se divide en tres inserciones tendinosas (Figura II.27): superficial media y
profunda. La capa superficial a su vez forma tres expansiones anterior media y posterior (Figura
II.28). La anterior es delgada, elástica y se extiende hacia delante y hacia abajo hacia la pierna.
La expansión media también es delgada y se divide para rodear al ligamento lateral externo del
cual está separada por medio de bolsas. La expansión posterior se une al ligamento lateral y a la
capsula de la articulación por medio de una banda fibrosa firme. “La capa profunda” se bifurca en
un ligamento fíbular y en otro tibial, después, se inserta en la cabeza de la fíbula y en la cara
posterior de la capsula de la articulación. Tanto las capas superficiales como las profundas envían
fibras anteriormente para insertarse en el ligamento infrapatelar y ayudan a dirigir el movimiento
de la patéla [II.9]
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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Figura II.27.- Tendón del bíceps crural. El tendón común de divide en tres capas: superficial (S),
media (M) y profunda (P).
Figura II.28.- Capas del tendón común del bíceps. (A) Capa superficial. (B) Capa media. (C) Capa profunda
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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II.6.1 Musculo poplíteo
Este músculo forma parte del piso de la fosa posterior de la rodilla (Hueco poplíteo), se origina
en el epicondilo lateral del fémur y se dirige posteriormente para insertarse por medio de varias
bandas carnosas en la cara posterior de la tibia. Algunas de las fibras se insertan en el menisco
externo. La función del musculo poplíteo es la de rotar internamente la tibia. Es un musculo
flexor muy débil de la rodilla [II.7]
II.7 Músculos de la parte posterior de la pierna
Los músculos gastrocnemios originan en dos extremos aplanados ampliamente tendinosos;
interno y externo. El extremo externo se origina en el epicondilo del fémur justo por arriba del
origen del musculo poplíteo y de la inserción del ligamento fibular lateral. El extremo interno se
origina por arriba del cóndilo interno de la superficie poplítea. Los extremos se unen
rápidamente, descienden por la pierna y se unen al musculo soleo, el cual se origina en la tibia y
la fíbula. A la mitad de la pierna termina en el tendón de Aquiles, el cual se inserta en el
calcáneo.
Existe una bolsa constante que se encuentra entre el tendón del musculo semimembranoso y el
extremo interno de los gatrocnemios, el cual ocasionalmente se comunica con la capsula de la
articulación de la rodilla. Como una secuela de un esguince, el cual produce derrame en la
articulación de la rodilla, el líquido puede pasar hacia la bolsa por detrás del extremo interno de
los músculos gastrocnemios y semimembranoso, y formar un abultamiento por detrás de la
rodilla que puede considerarse como una bolsa poplítea.
La función de la bolsa es esencialmente la de flexión plantar del pie y del tobillo, pero al pasar
por encima del hueco poplíteo, la bolsa actúa como flexor y estabilizador de la articulación de la
rodilla. Cuando la pierna no está soportando peso, el musculo gastrocnemio actúa para flexionar
la rodilla; cuando está soportando peso, la rodilla puede extenderse por medio del musculo
gastroctemio (Figura II.29). Sin la acción del musculo cuádriceps, se puede extender la rodilla
por completo y la pierna puede estar estable y soportar el peso a través de la acción del
gastrocnemio, y segura, sobre los ligamentos posteriores de la articulación de la rodilla. El pie
asentado en el piso, más que la inserción del gastrocnemio, es ahora la inserción de origen y el
musculo jala la pierna hacia atrás (extensión). La capsula y los ligamentos posteriores estabilizan
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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ahora la rodilla. También se da soporte a la pierna con la extensión de la cadera y permitiendo
que el cuerpo se apoye en el ligamento ilioinguinal en Y de Bigelow (Figura II.29).
Figura II.29.- Músculos posteriores de la pierna
Por debajo e inferior al origen del musculo sóleo, se encuentra el origen de tres músculos
bipeniformes: el tibial posterior, el flexor largo común de los dedos del pie y el flexor largo del
dedo gordo. Estos músculos no influyen en la rodilla [II.7].
II.8 Bolsas
Las bolsas se localizan por lo común en los sitios de movimiento del tejido para permitir la
fricción libre y disminuir el desgaste y la inflamación de estos tejidos contiguos. Existen 11 o
más bolsas en la zona de la articulación de la rodilla (Figura II.30). Tres se vinculan con la
articulación de la rodilla: la del cuádriceps (suprapatelar), la del poplíteo y la del gastrocnemio
cabeza medial. Tres están relacionadas con la patéla y el tendón patelar: prepatelar, infrapatelar
superficial y la infrapatelar profunda. Dos se relacionan con los tendones del semimembranoso:
una que se comunica con la bolsa del gastrocnemio o la articulación de la rodilla, o ambas, se
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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encuentra en los tendones del semimembranoso y el tendón del gastrocnemio y la otra se
encuentra entre el tendón del semimembranoso y el cóndilo de la tibia.
Figura II.30.- Bolsas alrededor de la rodilla: suprapatelar, prepatelar, infrapatelar, infrapatelar profunda.
Dos bolsas se encuentran superficiales a los ligamentos laterales: una entre el ligamento fibular
lateral y el tendón del bíceps suprayacente y la otra entre el ligamento lateral tibial y los tres
tendones suprayacentes de “la pata de ganso”. Una bolsa se encuentra entre las partes superficial
y profunda de los ligamentos laterales tibiales. Debe considerarse la irritación, la inflamación y la
infección de estas bolsas en el diagnostico diferencial del dolor de la rodilla [II.7].
II.9 Sumario
Como se menciono al inicio del capítulo, la articulación de la rodilla probablemente es la más
complicada del cuerpo humano. Esto se debe a que comprende dos articulaciones diferentes en
estructura y función, pero relacionadas entre sí; las articulaciones tibiofemoral y femoropatelar.
Estas articulaciones están formadas esencialmente por: huesos, meniscos, ligamentos y músculos
cada uno de ellos con distintas funciones, a lo largo del capítulo se menciona cada uno de estos
elementos, y se describe la función que realiza para
Capítulo II
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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II.10 Referencias
1. Rene Cailliet, Sindromes dolorosos rodilla, Tercera edición, 1994, El manual moderno S. A. de C. V. pp 1, 3-10, 15-19, 28.
2. Resnick, Kang, Trastornos internos de las articulaciones, 2000, Editorial medica
panamericana, pp 607-608, 609-610, 658-660, 733-736.
3. Ortaga Andreu, Rodríguez Merchan, Alonso Carro, Recambios protésicos de rodilla,
2001, Editorial medica panamericana, pp 13-15, 83-85, 181-184.
4. Astrand, Per-Olof, Kaare Rodahl; Tr de Silvia Fernández Castelo, Fisiología del trabajo
físico: Bases fisiologías del ejercicio, 1992, Editorial médica panamericana, pp 218-221.
5. R. B. Salter, Trastornos y lesiones del sistema musculo - esquelético, 2000, Masson
Williams & Wilkins España, S. A. pp 17, 26.
6. Caterine parker Anthony, Gary A. Thibodeau, Anatomía y fisiología ,1983, Mc Graw
Hill, pp 135-137.
7. Latarjet, Ruiz Liard, Anatomía humana, 2007, Editorial medica panamericana, pp 735-
743, 747-794.
8. James N. Gladstone, James Andrews, The Orthopedic clinics of north america
Reconstruccion del ligamento cruzado anterior parte I, 2002, Editorial medica panamericana, pp 639-642, 651-653.
9. MacKinnon, Morris, Oxford Anatomía funcional Volumen I, 1993, Editorial medica
panamericana, pp 108-112, 122-126.
10. Ordoñez Parra, J. M, Munuera Luis, Artroplastia de rodilla, 1998, Editorial medica
panamericana, pp 89-90.
CAPITULO III DISEÑO
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
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III.1 Introducción
El diseño en la Ingeniería, es una actividad cuyo objeto consiste en satisfacer necesidades
humanas, particularmente aquellas que pueden ser resueltas mediante la utilización de los
factores tecnológicos de nuestra cultura.
Se entiende por método a una propuesta de una forma de proceder. Consiste en una serie de
actividades a realizar para lograr un propósito. En el diseño mecánico, la metodología debe
plantear los pasos a seguir, para que con la aplicación de los conocimientos que provee el estudio
de la mecánica, se pueda llevar a cabo el desarrollo de productos, desde su etapa de la
comprensión del problema a resolver, hasta la generación de toda la información necesaria, y
minuciosamente detallada para que haga factible su fabricación, uso, conservación y retiro [III.1].
Existen varias propuestas acerca de la metodología del diseño dependiendo de los autores,
algunos presentan más etapas que otros pero la mayoría coincide en las que se presentan a
continuación.
1. Estudio de factibilidad.
2. Diseño preliminar.
3. Diseño detallado.
4. Planeación para la producción.
5. Planeación para distribución.
6. Planeación para el consumo.
7. Planeación para el retiro del producto.
Este trabajo trata del diseño mecánico y la fabricación de una máquina de CPM para
rehabilitación de rodilla. Por lo que no se trataran todas las etapas de la metodología mencionada,
únicamente se realizaran las primeras cuatro etapas. Además, no se llevaran a cabo tal como lo
establece la metodología, ya que esta está planeada para un proceso industrial. Asimismo, sólo se
fabricara un prototipo y hasta este trabajo no se tiene planeado su producción por lo que no se
llevaran a cabo las etapas restantes.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
71
III.2 Estudio de factibilidad o necesidad
Para esta investigación, realmente no se considera como un estudio de factibilidad sino como un
estudio de las necesidades que tienen los pacientes que presentan problemas en la rodilla y la
manera en que se puede ayudar a su rehabilitación.
El movimiento pasivo continuo CPM, consiste en que el paciente realice movimiento de flexión -
extensión de la articulación afectada, en este caso la rodilla, sin que realice esfuerzo propio. Es
decir, que lo realice mediante la ayuda de un fisioterapeuta o de una máquina (Figura III.1).
Figura III.1.- Movimiento de flexión de rodilla asistido
Por lo que se requiere que la máquina que se va a diseñar, ayude a los pacientes a realizar el
movimiento de flexión - extensión de la rodilla de forma eficiente. Para realizar esta
investigación, es necesario conocer algunas medidas antropométricas de la población en general y
así definir las dimensiones del mecanismo de la máquina. También, es necesario saber algunos
datos goniométricos para conocer los ángulos máximos a los que se puede flexionar la rodilla
(Figura III.2). Otra característica importante de la máquina, es que puede ser utilizada por
pacientes de diferentes edades. Por lo que sus eslabones deben ser capases de adaptarse a
diferentes medidas. A continuación se muestra el rango de dimensiones a los que se puede
adaptar la máquina, los ángulos a los que debe ser capaz de llegar y el rango de velocidades a las
que puede trabajar.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
72
Figura III.2.- Movimientos de extensión y flexión de rodilla
• Muslo: de 30 a 60 cm
• Pantorrilla: de 28 a 56 cm
• Hiperextención -5°
• Flexión 120°
• Velocidad de 5° a 150° por minuto
III.3 Diseño preliminar
En esta investigación, se propone un mecanismo de cuatro barras para realizar los movimientos
de flexión - extensión que se requiere que realice la máquina. Se toman las dimensiones mínimas
del mecanismo, es decir las de 0.3 m y 0.28 m en dos de los eslabones, se proponen las
posiciones inicial y final del mecanismo.
Para la posición inicial se propone una hiperextensión o también conocida como extensión
negativa de 5° como se muestra en la Figura III.3.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
73
5°
Figura III.3.- Posición inicial del mecanismo (hiperextensión de 5°)
Para la posición final se propone una flexión de 120° en la rodilla, la flexión en la cadera será de
125° por lo que se propone que los incrementos en flexión tanto de cadera como de rodilla sean
proporcionales Figura III.4.
120°
125°
Figura III.4.- Posición final del mecanismo (flexión 120°)
Se conocen las dimensiones de dos eslabones que son los que servirán de apoyo al muslo y la
pantorrilla de los pacientes, pero falta por determinar las dimensiones de un eslabón restante y del
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
74
centro de rotación del mismo, para poder definir el mecanismo de cuatro barras. Se analizan
varias posiciones del mecanismo (Figura III.5).
123°
118°
Figura III.5.- Posiciones del mecanismo
III.4 Diseño detallado
Se proponen tres posiciones del mecanismo; una inicial, otra final y una intermedia. Lo anterior
con la finalidad de poder definir la dimensión del eslabón restante y la ubicación de su centro de
giro. Así colocar a los eslabones conocidos en un marco de referencia. Se determinan los puntos
A y B que son las uniones de los eslabones y los puntos O2 y O4 que son los puntos fijos de los
eslabones 2 y 4 (Figuras III.6, III.7 y III.8).
ϴ
α
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
75
Y
XBA
O4
175°
Figura III.6.- Posición inicial del mecanismo
118°
123°
Y
XO4
AB
Figura III.7.- Posición intermedia del mecanismo
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
76
Y
O4
A
B
X
60°
55°
Figura III.8.- Posición final del mecanismo
Utilizando un método gráfico y uno analítico se determinan la dimensión del eslabón y las
coordenadas del centro.
0.3
0
0.3 cos 62° 0.14084
0.3 62° 0.26488
0.3 125° 0.17207
0.3 125° 0.24574
Para calcular las coordenadas de los puntos de A se utiliza las ecuaciones 1 y 2
cos (1)
sen (2)
Sustituyendo los valores para las posiciones:
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
77
0.3 180° 0.28 cos 185° 180° 0.57893
0.3 180° 0.28 sen 185° 180° 0.0244
0.3 118° 0.28 cos 123° 118° 0.41977
0.3 118° 0.28 sen 123° 118° 0.28928
0.3 55° 0.28 cos 60° 55° 0.10685
0.3 55° 0.28 sen 60° 55° 0.27014
III.4.1.- Síntesis del mecanismo
El método gráfico consiste en unir con líneas las coordenadas de tres posiciones diferentes de los
puntos A y B se trazan líneas perpendiculares a la mitad de las líneas que unen los puntos, en el
punto donde se cruzan las líneas son los centros de los eslabones 2 y 4 [III.2]. Para el centro del
eslabón 4 (Figura III.9). Y
B1
B2
B3
O4
Figura III.9.- Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 4 Para calcular la dimensión y el centro de giro del eslabón 2 (Figura III.10).
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
78
O2
A2
A3
A1
X
Y
279,35
23,1
6
Figura III.10.- Método gráfico para determinar el centro de giro del eslabón 2
Método analítico
Si se conocen las coordenadas de los puntos se pueden utilizar las ecuaciones 3 y 4 para
relacionar los puntos y obtener el las coordenadas del punto fijo de los eslabones 2 y 4 [III.2]:
2 2 0 (3)
2 2 0 (4)
Primero se calculan las coordenadas del punto de giro del eslabón 4 aunque se conoce que está
situado en el centro del marco de referencia. Sustituyendo los valores numéricos en las
ecuaciones 3 y 4.
2 0.14084 0.3 0.3 0.14084 2 0.26488 0 0 0.2488 =0
2 0.15916 0.9 0.019835 2 0.26488 0.0701614=0
0.31832 0.070165 0.52976 0.0701614 0
0.31832 0.52976 0
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
79
2 0.17207 0.14084 0.14084 0.17207 2 0.24574 0.26488
0.26488 0.24574 =0
2 0.31291 0.01983 0.0296 2 0.01914 0.06995 0.06995=0
0.62582 0.00977 0.03828 0.009562 0
0.62582 0.03828 0
Despejando xB en
0.529760.31832
Sustituyendo xB en
0.625820.529760.31832 0.52976 0
1.0415 0.52976 0 0
0.51174
0
Sustituyendo el valor de yB
0.529760.31832 0 0
0
Las coordenadas del punto de giro del eslabón 4 es en xB = 0 y yB = 0 que como se conocía es el
centro del marco de referencia. Ahora se calculan las coordenadas del punto de giro del eslabón 2
utilizando las coordenadas de las diferentes posiciones del punto A.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
80
2 0.41977 0.57893 0.57893 0.41977 2 0.28928 0.0244 0.0244
0.28928 =0
2 0.15916 0.33515 0.1762 2 0.26488 0.000593 0.08368=0
0.31832 0.15895 0.52976 0.0830847 0
0.31832 0.52976 0.075865
2 0.10685 0.41977 0.41977 0.10685 2 0.27014 0.28928 0.28928
0.27014 =0
2 0.31292 0.1762 0.011416 2 0.01914 0.08368 0.07297=0
0.62584 0.164784 0.03828 0.01071 0
0.62384 0.03828 0.175494
Despejando xA en
0.075865 0.529760.31832
0.2383 1.66423
Sustituyendo xA en
0.62384 0.2383 1.66423 0.03828 0.175494
0.14866 1.0382 0.03828 0.175494
1.07648 0.026834 0.0268341.07648
0.02492
Sustituyendo el valor de yA
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
81
0.2383 1.66423 0.02492 0.2383 0.041485
0.2797
Las coordenadas del punto de giro del eslabón 2 son xA = 0.2729 y yA = 0.02492. Conociendo este
punto es fácil calcular la longitud del eslabón 4 esta es la longitud que hay desde cualquier
posición de A hasta las coordenadas de punto de giro. Los resultados obtenidos de manera
analítica y de manera grafica para la longitud del eslabón 4 y para las coordenadas de sus puntos
son muy similares por lo que se puede considerar que son correctos. El mecanismo completo
queda de la siguiente manera (Figura III.11).
Y
X
O2
O4
Figura III.12.- Mecanismo completo (varias posiciones)
Una vez que se conocen las dimensiones de los eslabones, y los ángulos en que se deben mover
podemos calcular las velocidades de los eslabones y e sus puntos de unión es decir la cinemática
del mecanismo.
III.4.2.- Análisis del mecanismo
La velocidad es 5° por minuto =
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
82
0.008726
III.4.2.1.- Cinemática del mecanismo
Primero se calculan las velocidades en la posición inicial del mecanismo.
B
AO2
O4
VB
VA
W4
Figura III.13.- Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en la posición inicial
0.3
0.28
0.3
0.3 0°
0.3
0.3 0°
0
0.28 5°
0.2789
0.28 5°
0.0244
0.3
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
83
0
Se utiliza la ecuación 5 para calcular la velocidad en el punto A [III.2].
(5)
Separando la parte real de la imaginaria de la ecuación 5.
(6)
(7)
Escrito de otra forma
(8)
Despejando ω3
Sustituyendo
0.008726 0 0.3 0.008726 0.3 00.0244 0.3 0.2789 0 0
0
La velocidad angular del eslabón 3 es cero lo que nos indica que no gira sólo se traslada.
Despejando ω2
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
84
Sustituyendo
0.008726 0.3 0.0244 0.008726 0 0.27890.0244 0.3 0.2789 0
0.008726
La velocidad angular en el eslabón 2 tiene el mismo valor que el eslabón 4 y las dimensiones de
estos dos eslabones también son iguales por lo que el mecanismo solo traslada al eslabón 3 lo que
ya se había demostrado al obtener el valor de la velocidad angular del eslabón 3.
Ahora se calcula la velocidad del punto A
0.008726 0 0
0.008726 0.3 0.0026178
0.0026178 °
La velocidad relativa entre los puntos A y B.
0 0.28 ° 0
Se repiten los cálculos pero analizando una posición diferente del mecanismo cuando ϴ = 93°
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
85
BA
O2
O4
VB
VA
W4
W2
W3
Figura III.14.- Diagrama de cuerpo libre para calcular velocidades en una posición intermedia
0.3 93°
0.0157
0.3 93°
0.2995
0.28 5°
0.2789
0.28 5°
0.0244
0.0157
0.2995
Cálculo de ω3
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
86
Sustituyendo
0.008726 0.2995 0.0157 0.008726 0.0157 0.29950.0244 0.0157 0.2789 0.2995 0
0
Despejando ω2
Sustituyendo
0.008726 0.0157 0.0244 0.008726 0.2995 0.27890.0244 0.0157 0.2789 0.2995
0.008726
Se puede comprobar el valor de las velocidades angulares son los mismos en diferentes
posiciones. Con estos valores de la velocidad en los puntos A y B y con los valores de las
velocidades angulares se calculan las aceleraciones del mecanismo. Y para esto se utilizan las
siguientes ecuaciones:
(9)
(10)
(11)
(12)
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
87
(13)
Como ω4 es constante α4 = 0
0.008726 0.3 0
0.00002284
Debido a que la velocidad angular del eslabón 4 es constante su aceleración angular es cero y por
lo tanto la aceleración del punto B es únicamente el valor de su aceleración normal. Se calculan
los valores de la aceleración angular para los eslabones 2 y 3 utilizando las siguientes ecuaciones:
cos cos 14
( ) ( ) ( )( )232
23323
22242
2424244
2coscos
θθωθθωθθωθθαα
−−−+−−−
=senZ
ZZZsenZ
(15)
Sustituyendo valores en las ecuaciones
)50()028.0()008726.0)(3.0()00cos()008726.0)(3.0( 22
3 °−°+°−°
=sen
α
03 =α
)05()028.0()05cos()008726.0)(3.0()05cos()008726.0)(3.0( 22
2 °−°°−°+°−°−
=sen
α
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
88
02 =α
Como se demostró en resultados previos el eslabón 3 no rota solo se traslada por lo tanto su
aceleración angular es cero y el eslabón 2 por la semejanza que tiene con el eslabón 4 su
velocidad angular es constante por lo tanto su aceleración angular también es cero.
Se calcula la aceleración en el punto A utilizando la ecuación 16.
2222 )( ZiaA αω +−= (16)
222 ZaA ω−=
200002284.0 smaa n
AA −==
Se calculan nuevamente las velocidades y aceleraciones utilizando otro método [III.4].
BA
O2
O4
VB
VA
W4
W2
W3
Figura III.15.- Diagrama de cuerpo libre del mecanismo
iZjiZ
iZ
3.0024403.02789.0
3.0
4
3
2
=+=
=
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
89
kk
kk
22
33
44 08726.0
ωωωωωω
==
==
ABBA VVV += (17)
334422 ZkZkZk ×+×=× ωωω (18)
0024403.00
2789.00026178.03.0024403.02789.00026178.03.0
)024403.02789.0(3.0008726.03.0
3
3
32
332
32
==
+=−+=
+×+×=×
ωω
ωωωωω
ωωijjj
jikikik
008726.03.0
0026178.0
2
2
=
=
ω
ω
Como ω4 = cte. Por lo tanto α4 = 0
kk
22
33
4 0
αααα
α
===
ABBA aaa +=
ijaiika
ZZka
A
A
A
00002284.03.0)3.0()008726.0(3.0
2
22
22222
−=−×=
−×=
αα
ωα
iaia
ZZka
B
B
B
00002284.0)3.0()008726.0( 2
42244
−=−=
−×= ωα
ijajika
ZZka
BA
BA
BA
33
3
32333
024403.02789.0)024403.02789.0(
ααα
ωα
+−=+×=
−×=
Regresando a la ecuación 18
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
90
0024403.0
0024403.00
024403.000002284.000002284.02789.03.0
024403.02789.000002284.000002284.03.0
3
3
3
3
32
332
=
=
=+−=−
−=+−−=−
α
α
αα
ααααα
ijj
ijiij
02784.03.0
2
32
=−=
ααα
Los resultados obtenidos por este procedimiento coinciden con el procedimiento anterior por lo
que se puede concluir que son correctos.
III.4.2.2 Dinámica del mecanismo
El siguiente paso es el cálculo de la dinámica del mecanismo para obtener el par necesario en el
eje del eslabón motriz. Para estos cálculos se realiza un análisis cinetoestático, es decir se
analizan las fuerzas de inercia en los diferentes eslabones y se escriben ecuaciones que relacionen
las diferentes fuerzas que intervienen en el mecanismo. Para obtener las masas de los eslabones
se utilizan las tablas de las características del material proporcionadas por el fabricante en las que
se establecen las masas del material dependiendo de su longitud. Además en los eslabones que
servirán de apoyo para el muslo y la pantorrilla de los pacientes se agregan las masas de estos.
Tabla III.1.- Masas que soportan los eslabones Eslabón Masa del material (kg) Masa del paciente (kg) Total
2 0.6075 0 0.60753 0.567 20 20.5674 0.6075 30 30.6075
Los eslabones 2 y 4 tienen una velocidad angular constante por lo que su aceleración angular es
cero, y las aceleraciones de estos eslabones son solo normales. Además sobre todos los eslabones
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
91
interviene la aceleración de la gravedad por lo que se obtiene una aceleración resultante de la
acción de estas dos aceleraciones sobre los eslabones.
B
AO2
O4
g4
g2
g3
TS
a4
a2
Figura III.16.- Diagrama de cuerpo libre para determinar fuerzas en el mecanismo
81.9810000001.9000011421.081.9 22
22
≈=+=
+=
R
R
nR
aa
aga
°≈=
=
90999.89000011421.0
81.9arctan
β
β
Los resultados muestran que la reacción de la aceleración normal es mínima por lo que se puede
despreciar. Se analizan los efectos de las fuerzas que intervienen en cada uno de los eslabones y
después se aplica una superposición para obtener las fuerzas y el par necesario [III.3].
Analizando los efectos de F03
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
92
BA
F03
ag3
TS
F23
F43
44°
15,46
e03
d3
Figura III.17.- Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F03
)(
33033)( πβ += i
g eamF (19)
03
03
33
3
=
−=
ε
αε βiieFI
Considerando a el eslabón 4 como un elemento de dos fuerzas
0)()()(
0)(
034323
034323
343 =++
=+++πβθδ iii eFeFeF
FFF
(20)
0cos0900
0cos090cos0coscos
0)(0)cos(coscos
03323
0343323
43323
0343323
303443323
303443323
=+=°+°+
=+=°+°+
=+++=+++
FFsenFsenFsenF
FFFFF
senFsenFsenFFFF
δδδδ
πβθδπβθδ
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
93
Con el centro en A
0343
0343
0343
715.50244.0
)1394.0(0)1394.0()0244.0(
FF
FF
FF
=
=
=−
NFF
07.1153)81.9)(567.20(715.5
43
43
==
Regresando
NFsenFNFF
7022.20107.1153cos
03323
43323
−=−=−=−=
δδ
Se calcula su magnitud y dirección
°=−−
=
=
−+−=
92.907.1153
7022.201arctan
578.1170
)7022.201()07.1153(
3
3
23
2223
δ
δ
NF
F
mNTT
senFT
S
S
S
⋅=−−=
=
51.60)3.0)(7022.201(
)3.0)(( 323 δ
Analizando los efectos de F04
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
94
B
AF04
ag4
TSF14
F34
26,42
e04
d4
44°
Figura III.18.- Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F04
)(
44044)( πβ += i
g eamF (21)
0404
444
4 =∴−= εαε βieF
I
0
0)(
041434
041434
443 =+′′+′′
=+′′+′′+πβδθ iii eFeFeF
FFF
(22)
0)(0)cos(coscos
404414334
404414334
=++′′+′′=++′′+′′
πβδθπβδθ
senFsenFsenFFFF
34
0434
043434
)15.0(0)15.0(
θ
θ
senZFF
FsenZF−
=′′
=+′′
NFamF g
2595.300)81.9)(6075.30(
04
4404
=
==
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
95
5457.17225)3.0(
)15.0(2595.300
34
34
−=′′°
−=′′
Fsen
F
99.1715cos)0)(2595.300(5cos)5457.1722(cos
90cos5coscos
414
414
0434414
=′′′′−°−−=′′′′°−°′′−=′′′′
δδδ
FF
FFF
1297.150)0)(2595.300(5)5457.1722(
905
414
414
0434414
−=′′′′−°−−=′′′′°−°′′−=′′′′
δδδ
senFsensenFsenFsenFsenF
°−=′′
−=′′
=′′
+=′′
55448.17221297.150arctan
5448.1722
)129.150()99.1715(
4
4
14
2214
δ
δ
NF
F
342332
3443
FFFFF
′′−=′′−=′′′′−=′′
Sumando momentos respecto a O2 sobre el eslabón 2
NTsenT
senFT
S
S
S
1297.1505)5457.1722(
523
−=′′°−=′′
°−=′′
Analizando los efectos de F02
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
96
B
A
F02
ag2
TS
F1226,42
e02
Figura III.19.- Diagrama de cuerpo libre donde se analizan los efectos de F02
)(
22022)( πβ += i
g eamF (23)
NFamF g
73575.0)81.9)(6075.0(
02
2202
=
==
Este análisis es mucho más simple, ya que todas las fuerzas de apoyo excepto F’’12 son cero
debido a que los eslabones 3 y 4 se consideran sin masa y sin carga.
1103625.0)15.0)(73575.0(
73575.0)15.0(
12
02
0212
=′′′=′′′−=′′′
=′′′−=′′′
S
S
S
TTF
FTFF
Utilizando el principio de superposición se suman los efectos debido a las fuerzas de inercia
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
97
SSSS TTTTFFFF
FFFFFF
FFF
′′′+′′+′=
′′′+′′+′=
′′+′=
′′+′−=
′′+′=
12121212
232323
344334
141414
Resultados obtenidos anteriormente
1103625.073575.0
1297.15054.1722
54.1722
51.60578.1170
07.1153
9012
514
18534
92.923
043
=′′′=′′′
−=′′=′′
=′′
=′=′
=′
°−
°−
°
°
°
S
iS
i
iS
i
i
TeF
TeF
eF
TeF
eF
Sumando algebraicamente estos resultados
°−
°
°°°
°−
=
=
=+−=
=
9012
92.923
99.28185034
514
73575.0
578.1170
42.325854.172207.1153
54.1722
i
i
iii
i
eF
eF
eeeF
eF
mNTT
S
S
⋅−==+−=
5093.8975.210110302.01297.15051.60
Para que el mecanismo funcione de manera adecuada se requiere de un motor que cumpla con las
características necesarias para el mecanismo. Se propone la utilización de un reductor de corona y
gusano para el mecanismo ya que este tipo de reductores incrementan de manera considerable el
torque del motor y de que puede funcionar como un mecanismo no reversible.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
98
III.4.3 Cálculo del reductor
Para este reductor una de las restricciones es el espacio con que se cuenta para colocarlo por lo
que la distancia entre centro estará restringida. Los cálculos para este reductor se realizaron el
sistema ingles debido a que la mayoría de formulas utilizan este sistema de unidades [III.5]. Se
propone una distancia entre centros de 1.25 pulg. La velocidad angular de la flecha que es la
misma que la de la corona es:
rpmrpmsradnG 08333.0
121
3604 ====πω
DG = Diámetro de paso del engrane
DW = Diámetro de paso del gusano
NG = Número de dientes del engrane
Se proponen los siguientes valores de los diámetros
.lg5.021
.lg2
puD
puD
W
G
==
=
El paso diametral
DNpd =
(24)
Para la corona
12224
==dp
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
99
El paso circular
2617.012
====πππ
dc pN
Dp (25)
El paso circular de la corona es el paso axial del gusano
2617.0== xc pp
NW = Número de cuerdas o filetes del gusano
L = Desplazamiento
Para el gusano se proponen 3 filetes
78539.0)3)(2617.0(
===
LL
NpL x
(26)
λ = Ángulo de desplazamiento
°≈°=
=
===
25564.26
5.0tan5707.178539.0
)5.0(78539.0tan
λ
λππ
λDL
(27)
La relación de velocidad, nW = velocidad angular del gusano y nG = velocidad angular del
engrane
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
100
rpmn
nnnn
NN
nnRv
G
WG
G
W
W
G
G
W
6664.0
6664.0)0833.0(88
8
8324
=
===
=
====
(28)
Velocidad de la línea de paso
min08723.0
12)6664.0)(5.0(
12
piesv
v
nDv
tW
tW
WWtW
=
=
=
π
π
(29)
min043615.0
12)0833.0)(2(
12
piesv
v
nDv
tG
tG
GGtG
=
=
=
π
π
(30)
ϕn = ángulo de presión = 20°
Velocidad de deslizamiento
λ
λ
costW
S
tGS
vv
senvv
=
=
(31)
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
101
Según la norma AGMA para un gusano de acero endurecido 58HCR y una corona de Bronce se
pueden utilizar las siguientes formulas para el coeficiente de fricción µ dependiendo de la
velocidad de deslizamiento.
012.0103.0;min10
124.0;min10
15.0;0
)110.0(
)074.0(
45.0
645.0
+=>
=<
==
−
−
S
S
vS
vS
S
epiesv
epiesv
v
μ
μ
μ
La velocidad de deslizamiento es
min0975.0
565.26043615.0
piesv
sensenvv
S
tGS
=
°==
λ
Para calcular el coeficiente de fricción
12197.0124.0
124.0645.0
645.0
)0975.0(074.0(
)074.0(
==
=−
−
μμ
μ
e
e Sv
Para calcular las fuerzas que intervienen en el mecanismo
T0 = torque de salida del mecanismo o torque requerido
T0 = 792.227 lb pulg.
lbWDTW
tG
GtG
227.7922
)227.792(22 0
=
==
(32)
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
102
lbWW
sensenW
sensenWW
xG
xG
xG
n
ntGxG
216.489)61752.0)(227.792(
5.261219.05.26cos20cos5.26cos1219.05.2620cos)227.792(
coscoscoscos
==
°−°°°+°°
=
−+
=λμλφλμλφ
(33)
lbWsen
senW
sensenWW
rG
rG
n
ntGrG
4792.3445.261219.05.26cos20cos
20227.792coscos
=°−°°
°=
−=
λμλφφ
(34)
Fuerza de fricción
lbW
W
WW
f
f
n
tGf
835.11420cos5.26cos
)227.792)(1219.0(coscos
=°°
=
=φλ
μ
(35)
Pérdida de potencia debida a la fricción
HpP
P
WvP
L
L
fSL
000339.033000
)835.114)(0975.0(33000
=
=
=
(36)
Para calcular la potencia de salida
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
103
HpP
P
nTP
nPT
G
G
0010475.063000
)0833.0)(227.792(63000
63000
0
0
00
00
=
=
=
=
(37)
La potencia de entrada
HpPP
PPP
i
i
Li
001386.0000339.00010475.0
0
=+=
+=
(38)
Eficiencia
75549.0001386.00010475.00
=
==
η
ηiP
P
(39)
Tensión en los dientes del mecanismo. Según la norma AGMA 6034-A87. Para un ángulo de
presión ϕn =20°; y = 0.125
c
d
yFpW
=σ (40)
Wd = carga dinámica
y = factor de forma de Lewis
F = ancho o espesor de cara
Pc = paso circular
Velocidad de línea de paso del engrane
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
104
min043615.0 piesvtG = (41)
99996.0043615.01200
12001200
1200
=+
=
+=
v
v
tGv
k
k
vk
La carga dinámica
lbWk
WW
d
v
tGd
544.7929996.0
227.792
=
==
(42)
psi
yFpW
c
d
96.54123)23429.0)(5.0)(125.0(
544.792
=
=
=
σ
σ
σ
Dimensiones del mecanismo
a = cabeza
ht = profundidad total
hk = profundidad de trabajo
b = raíz
DrW = diámetro de raíz del gusano
DoW = diámetro externo del gusano
DrG = diámetro de raíz del engrane
Dt = diámetro de garganta del engrane
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
105
6666.0)0833.0(25.023072.0)0964.0(25.02
1666.2)0833.0(222807.1)0964.0(222
0964.00833.017975.01666.0)0833.0(22
17975.012157.2157.2
0833.01211
=+=+==−=−==+=+==−=−=
=−=−====
===
===
aDDbDDaDDbDD
ahbahp
h
pa
Gt
GrG
WoW
WrW
t
k
dt
d
5.0
5.01266
=
===
G
dG
Fp
F
Con estos resultados se puede calcular el torque de entrada que es igual a 131.1 lb. pulg.
III.4.4 Selección del motor
Con los resultados obtenidos de potencia de entrada y torque de entrada se selecciona el motor
que cumpla con estas características, se requiere un motor eléctrico en el que se pueda cambiar el
sentido del giro de la flecha, que su velocidad sea variable, y que cumpla con las características
de torque y potencia. De acuerdo con las características anteriores se propone un servo motor de
corriente directa de la marca Baldor con la especificación MT-4545-A [III.6]. Las
especificaciones del motor. Así como su curva de relación de velocidad – torque se pueden
observar en los anexos.
III.4.5 Diseño en CAD
Anteriormente se menciono que la máquina tiene la posibilidad de ser utilizada por personas de
diferentes edades y por lo tanto de diferentes estaturas, para lograr este objetivo se utilizo la
unión de dos tubos de manera concéntrica es decir uno dentro de otro, para poder extender la
longitud de los eslabones, utilizando tornillos para su fijación (Figura III.20).
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
106
Figura III.20.- Ensamble utilizado en los eslabones
Como parte final del diseño detallado se elaboro un dibujo en CAD para posteriormente generar
los planos de fabricación figura III.21
Figura III.21.- Dibujo de la máquina de CPM
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
107
En las siguientes figuras se muestran diferentes posiciones de la máquina.
Figura III.22.- Posición inicial
Figura III.23.- Posición intermedia
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
108
Figura III.24.- Posición final
III.5.- Sumario
En el presente capitulo se mostro el proceso de diseño de la máquina para terapia de CPM desde
la identificación del problema, la determinación de los movimientos requeridos, las dimensiones
requeridas en los eslabones de acuerdo con las medidas antropométricas de los pacientes, este
punto es importante ya que la máquina debe ser utilizada por pacientes de diferentes edades y por
lo tanto de distintas estaturas, los eslabones deben ser capaces de variar su longitud para poder
cumplir con esta necesidad. De acuerdo con estos datos se realizo la síntesis del mecanismo es
decir se determinaron las dimensiones de dos eslabones del mecanismo y las restantes se
determinaron utilizando un método grafico y uno analítico para corroborar los resultados.
Una vez teniendo las dimensiones del mecanismo completo se realizo el análisis, es decir se
calcularon las velocidades y aceleraciones de las articulaciones y de los eslabones del mecanismo
a partir de la velocidad angular requerida, todo esto con la finalidad de obtener el torque
necesario en el eslabón motriz para poder seleccionar el motor adecuado. Finalmente se realizo el
dibujo de cada una de las piezas y el ensamble de la máquina en CAD y se obtuvieron los planos
de fabricación.
Capítulo III
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
109
III.6 Referencias
1.- Curso de diseño de máquinaria, Primer congreso internacional SEPI ESIME, 1996
2.- Hamilton H. Mabie, Charles F. Reinholtz, Mecanismos y dinámica de máquinaria, Segunda
edición, Limusa Wiley, 2002, pp. 626-632.
3.-Arthur G. Erdman, George N. Sandor, Diseño de mecanismos análisis y síntesis, Tercera
edición, Pearson Prentice Hall, 1998, pp. 119-339.
4.- Ferdinand P. Beer, E. Russell Jhnonston, Jr, William E. Clausen, Mecánica vectorial para
ingenieros Dinámica, Séptima edición, Mc. Graw Hill, 2004, pp.1025-1051.
5.- Robert L. Mott, Virgilio González y Pozo, Sergio Saldaña Sánchez, Diseño de elementos
de máquinas, Cuarta edición, Pearson Educación, 2006.
6.- Catálogo de rproductos Baldor.
CAPITULO IV FABRICACIÓN
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
111
III. Fabricación
IV.1 Introducción
En el capitulo anterior se mencionaron las etapas del diseño llegando hasta la número tres que es
el diseño detallado. La siguiente etapa es la planeación para la producción. En este capítulo se
desarrollan los procesos de manufactura para la fabricación de la maquina que es parte de los que
se llama planeación para la producción.
Teniendo el plano de conjunto, los planos de los subensambles y de las piezas de la màquina se
determina el material para la fabricación:
• Tubo cedula 30 negra lisa diámetro nominal ½ pulg.
• Tubo cedula 30 negra lisa diámetro nominal ¾ pulg.
• Perfil rectangular calibre 20 de 2 x 1 pulg.
• Solera de acero de 3/8pulg.
• Solera de acero de 3/8pulg.
• Barra redonda de acero diámetro 1pulg.
• Barra redonda de acero diámetro 1/2pulg.
• Lamina de acero calibre
• Barra redonda de bronce de 2 ¼ pulg. de diámetro
Además se agrega una lista de los componentes comerciales que se utilizan:
• Rodamiento fijo de bolas SKF especificación 6000
• Tornillos métricos M3 x 0.5 x8
• Tornillos métricos M5 x 0.8 x 16
• Tornillos métricos M8 x 1.25 x16
• Seguros truarc diámetro 9mm
• Acoplamiento Zero Max-6A18-AC
• Servomotor de corriente directa marca Baldor especificación MT-4545-A
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
112
IV.2 Piezas a maquinar
Para la identificación de las piezas se les asigno un nombre que se encuentra en cada uno de los
planos de fabricación.
IV.2.1 Piezas fabricadas a partir de perfiles
Las piezas que se fabrican a partir de perfiles llevan un procedimiento similar el cual consiste en;
cortar un tramo de perfil según el plano de fabricación y realizar los cortes utilizando una segueta
manual según las especificaciones.
Figura IV.1.- Perfil rectangular derecho Figura IV.2.- Perfil rectangular izquierdo
IV.2.2 Piezas maquinadas a partir de solera
El proceso para maquinar las piezas en las que la materia prima es la solera tienen un
procedimiento similar, solo cambian las dimensiones de las piezas y la ubicación de los barrenos.
El procedimiento es el siguiente; se corta la solera a dimensiones cercanas a las de la pieza,
después se maquinan los extremos en una fresadora para darle las dimensiones especificadas en
cada plano, se realiza los barrenos de acuerdo correspondientes a cada pieza. Para maquinar los
barrenos de diámetros grandes primero se realizan barrenos de diámetro menor y se aumenta el
diámetro de la broca de manera gradual hasta llegar al diámetro especificado.
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
113
Figura IV.3.- Base 01 Figura IV.4.- Base 02
Estos barrenos se pueden maquinar en un taladro de banco o en una fresadora. Finalmente se
realizan los chaflanes en la fresadora.
En la pieza “Base 03C” se maquinan unos barrenos en los costados de acuerdo a la
especificación del plano. Los barrenos llevan rosca métrica M5 x 0.8 por lo que se utiliza una
broca de 4.2mm para el barreno y después se utiliza el machuelo M5 x 0.8. Además que esta
pieza no lleva los chaflanes.
Figura IV.5.- Base 03 Figura IV.6.- Base 03C
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
114
En la pieza “Placa soporte para el motor” se maquinan cuatro barrenos para alojar tornillos M8 x
1.25 de cabeza plana, por lo que se debe maquinar avellanados en los barrenos.
Figura IV.7.- Placa soporte para el eje del sin-fin Figura IV.8.- Placa soporte para el motor
IV.2.3 Piezas fabricadas a partir de tubos
Las piezas obtenidas a partir de tubos llevan un procedimiento similar, en el que son básicamente
dos operaciones; corte y barrenados.
Para estas piezas primero se cortan los tubos a las dimensiones requeridas, puede ser con una
segueta manual o mecánica se recomienda cortar tramos un poco más grandes y posteriormente
limarlos hasta llegar a las dimensiones especificadas, esto para tener mayor precisión además de
tener un mejor acabado en los extremos. Después se maquinan los barrenos en un taladro de
banco de a cuerdo a la especificación de cada pieza.
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
115
Figura IV.9.- Tubo 01 eslabón 01 y 03 Figura IV.10.- Tubo 02 eslabón 01
Figura IV.11.- Tubo 01 eslabón 02 Figura IV.12.- Tubo 02 eslabón 02
Figura IV.13.- Tubo 02 eslabón 02C Figura IV.14.- Tubo 02 eslabón 03
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
116
Las piezas llamadas “Tubo 02 eslabón 02” y “Tubo 02 eslabón 02C” son casi idénticas la única
diferencia es el barreno de 10mm que llevan en un costado, este barreno cambia de dirección con
respecto al barreno roscado del extremo de cada tubo figuras IV.12 y IV.13.
IV.2.4 Piezas fabricada a partir de lámina
Las piezas que se fabrican utilizando lamina se obtiene realizando los siguientes procesos; se
corta la lamina dándole la forma especificada en el plano, utilizando tijeras especiales para esta
operación. Posteriormente a la pieza llamada “Base para pie” se le realizan los dobleces
necesarios en una maquina dobladora figura IV.15.
Figura IV.15.- Base para pie Figura IV.16.- Soporte para pie
IV.2.5 Piezas maquinadas a partir de barra redonda
Las piezas que se obtienen a partir de barra redonda son las uniones, ejes y los engranes.
IV.2.5.1 Uniones
Para la fabricación de estas piezas se realiza el siguiente procedimiento; se monta en el torno una
barra de acero de 1pulg. de diámetro se refrenta un extremo de la barra, se realiza un cilindrado
en la longitud que establece el plano de fabricación hasta llegar al diámetro indicado, se corta a
una longitud un poco mayor a la longitud indicada, se monta en el torno y se refrenta la cara en la
que se realizo en corte hasta llegar a la longitud establecida.
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
117
Se monta en una fresadora y se maquinan los barrenos, en la fresadora con un cortador vertical se
desbasta las partes marcadas en el plano siguiendo las dimensiones establecidas, se maquinan las
esquinas como se establece el plano, finalmente se maquina la rosca con el machuelo adecuado.
Figura IV.17.- Unión Figura IV.18.- Unión C
IV.2.5.2 Ejes
El procedimiento para maquinar los ejes consiste en montar la barra redonda de acero de ½ pulg.
de diámetro en un torno, refrentar el extremo de la barra, cilindrar una longitud mayor a la del eje
hasta llegar al diámetro indicado en los planos, utilizando un buril para tronzar ó una cuchilla se
maquina la garganta del extremo que se había refrentado, se corta la barra una longitud mayor a
la del plano, se desmonta la barra para voltearla y refrentar el otro extremo hasta llegar a la
dimensión especificada, por último se maquina la garganta restante.
Figura IV.19.- Eje del eslabón 01
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
118
Figura IV.20.- Eje del eslabón 02 Figura IV.21.- Eje del eslabón 02C
Figura IV.22.- a) Eje del eslabón 03, b) eje del mecanismo y c) eje de la unión
IV.2.5.3 Engranes
Para maquinar el tornillo sin-fin, se coloca una barra de acero de 1 pulg. de diámetro en un torno,
se refrenta una cara, se recomienda utilizar un contrapunto, se realiza un cilindrado hasta llegar al
diámetro externo del gusano, se realiza un cilindrado en los extremos de la zona donde se va a
maquinar los filetes del tornillo sin-fin según las especificaciones del plano, se maquinan los
filetes del sin-fin de acuerdo al paso y al ángulo especificados en los cálculos del reductor.
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
119
Figura IV.23.- Tornillo sin-fin
Para fabricar la corona se monta una barra redonda de 2 ¼ pulg. de diámetro en el torno se
refrenta, se cilindra hasta llegar a la dimensión del diámetro externo de la corona la longitud
indicada, se cilindra la parte que se usara como sujeción de acuerdo con el plano, se maquina el
barreno del centro utilizando el contrapunto del torno, primero se utiliza una broca de centros
para posteriormente utilizar brocas de diámetro pequeño y se aumentan gradualmente hasta llegar
al diámetro indicado, se corta y se refrenta la parte posterior.
Se monta en una fresadora o en un taladro de banco para maquinar el barreno de sujeción, se
monta el tejo en una fresadora utilizando un cabezal divisor para tallar los dientes o se puede
utilizar una maquina generadora de engranes utilizando un cortador del paso diametral indicado
para engranes helicoidales.
Figura IV.24.- Corona
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
120
IV.3 Subensambles
IV.3.1 Base completa
Este subensamble se puede armar previamente, se requiere soldar los perfiles rectangulares de
acuerdo al plano, los rodamiento se colocan en las piezas a presión los barrenos de estas piezas
son de 25.4mm y el diámetro de los rodamientos es 26mm para colocarlos se necesita una prensa,
posteriormente se soldan las piezas a los perfiles como se indica en el plano, solo la pieza “Base
03C” se coloca posteriormente con tornillos.
Figura IV.25.- Base completa
IV.3.2 Eje eslabón 01 tubo 01
El proceso para unir este subensamble es por medio de soldadura, pero es importante mensionar
que este ensamble se debe realizar una vez que se encuentra montado en la base.
Figura IV.26.- Eje eslabón 01 tubo 01
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
121
IV.3.3 Soporte para pie eslabón 02
Este subensamble se puede armar previamente, se requiere soldar los tubos y el soporte para pie a
la base para pie, de acuerdo a plano.
Figura IV.27.- Soporte para pie eslabón 02
IV.3.4 Unión tubo 02 eslabón 01
Esta unión se puede realizar previamente requiere de un tornillo métrico M5 x 0.8 x 8 que servirá
de elemento de sujeción.
Figura IV.28.- Unión tubo 02 eslabón 01
IV.3.5 Unión tubo 02 eslabón 02
Este subensamble es muy similar al anterior se requiere un tornillo M5 x 0.8 x 8 pero además
lleva un eje sondado en uno de los extremos, es importante señalar que esta unión es diferente
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
122
para cada lado de la maquina ya que el eje debe llevar distinta dirección y los ejes son de
diferentes medidas.
Figura IV.29.- a) Unión tubo 02 eslabón 02 y b) Union tubo 02 eslabón 02C
IV.4 Ensamble completo
Este es el ensamble final de la maquina, los ejes se sujetan mediante seguros truarc para
mantenerse en la posición adecuada, una parte importante del ensamble es la unión articulada de
los eslabones 1 y 2 esta se realiza mediante un eje como se muestra en la figura IV.30.
Figura IV.30.- Unión de eslabones 1 y 2
Otra parte importante del ensamble es el eje donde se encuentra el mecanismo motriz, el eslabón
se une al eje mediante soldadura, la corona se fija al eje por medio de un tornillo de sujeción, el
eje se fija a la base utilizando seguros truarc. Como se muestra en la figura IV.31.
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
123
Figura IV.31.- Mecanismo motriz de la máquina
Finalmente el ensamble completo se muestra en la figura IV.32.
Figura IV.32.- Ensamble completo
Capítulo IV
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla
124
IV.5 Sumario
En este capítulo se describe el proceso de fabricación de la máquina de movimiento pasivo
continuo. Al principio se menciona la lista de los materiales necesarios, posteriormente se
describen los procesos de manufactura necesarios para cada una de las piezas así como la
secuencia de estos.
Además se mencionan los procesos para ensamblar las piezas en los subensambles y finalmente
en el ensamble completo.
DISCUSIONES
Discusiones
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
126
DISCUSIONES
Se selecciono un mecanismo de cuatro barras ya que para el movimiento de este, solo se necesita
un actuador es decir esta configuración permite que con un solo accionamiento se realice el
movimiento necesario. Otra opción es utilizar un mecanismo similar al de un robot manipulador
de dos grados de libertad pero esto implica mayor cantidad de actuadores y un control más
complejo. En un trabajo anterior se utilizan dos brazos mecánicos que mueven el miembro
inferior, este equipo es controlado por una computadora por lo que utiliza mayores recursos para
su funcionamiento.
Para el análisis del mecanismo se utilizaron métodos gráficos y analíticos utilizando tres
posiciones del mecanismo para determinar la longitud y las coordenadas del punto de rotación del
eslabón restante. Otra opción es utilizar la ecuación de Freudenstein para la síntesis del
mecanismo pero no se utilizo debido a que no se tenía la función que describiera al mecanismo.
Para formar la estructura de la maquina se utilizo tubo de acero, se utilizo tubo en vez de
cualquier otro perfil debido a que es necesario que los eslabones del mecanismo se extiendan para
que la máquina pueda ser utilizada por pacientes de diferentes estaturas. Para los eslabones se
utilizaron dos tubos de diferentes diámetros y se ensamblaban uno dentro de otro y esto permitía
que la longitud total se pudiera variar, utilizando u tornillo para fijar los tubos.
Se selecciono un reductor de corona y gusano debido a que aumente el torque de manera
considerable, no ocupa mucho espacio y es un mecanismo no reversible lo que permite que la
maquina mantenga una posición sin necesidad de utilizar un freno mecánico. Otro mecanismo
utilizado es un tornillo sin-fin a lo largo de toda la maquina lo cual desplaza un elemento el cual
genera el movimiento, este tipo de mecanismo cambiaria la configuración seleccionada ya que
uno de los elementos estaría cambiando su longitud durante el movimiento y el análisis se
volvería más complejo.
El tipo de actuador seleccionado es un servomotor de corriente directa. Se selecciono este
actuador debido a que tiene el torque necesario para mover el mecanismo, puede cambar el
Discusiones
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
127
sentido de giro de su flecha, se puede controlar la velocidad y su posición mediante
programación, cuenta con retroalimentación por medio de un encoder. Algunas máquinas de este
tipo utilizan actuadores lineales que desplazan un elemento a lo largo de su carrera para lograr el
movimiento, la desventaja de estos es que en algunos la carrera es completa es decir no se puede
quedar en una posición intermedia. Otra opción son los motores a pasos la desventaja es que su
torque no es suficiente para esta aplicación.
CONCLUSIONES
Conclusiones
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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CONCLUSIONES
El objetivo general se cumplió se logro obtener el diseño mecánico de una máquina para terapia
de movimiento pasivo continuo en la rodilla, por el tipo de motor seleccionado es capaz de
controlar su velocidad y los grados de operación en cada ciclo.
En la primera etapa de este proyecto se realizo la síntesis de un mecanismo de cuatro barras el
cual se utilizo como mecanismo principal de la máquina.
Posteriormente se realizo el análisis del mecanismo es decir los cálculos correspondientes a las
velocidades, aceleraciones y fuerzas que intervienen en los eslabones y las articulaciones del
mecanismo.
Con los resultados obtenidos se dibujaron las piezas de la máquina utilizando un software de
diseño mecánico y posteriormente se realizo el dibujo el ensamble completo
Finalmente se generaron los planos de fabricación de cada una de las piezas, de los subensambles
y del ensamble final y se describen los procesos de manufactura necesarios para la fabricación de
la máquina.
TRABAJOS FUTUROS
Trabajos futuros
Diseño mecánico de una máquina para terapia de movimiento pasivo continuo en la rodilla.
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TRABAJOS FUTUROS
Con los resultados obtenidos en esta tesis se pueden derivar algunos trabajos. El trabajo
inmediato es la fabricación del prototipo, en los anexos de este trabajo se encuentran los planos
de fabricación de las piezas y de los ensambles. Utilizando máquinas convencionales como torno,
fresadora y taladro de banco se pueden maquinar las piezas para posteriormente realiza los
subensambles y el ensamble completo de la máquina.
Otro trabajo el cual es conveniente que se realice es el control de la máquina. El motor propuesto
es un servomotor de corriente directa este tipo de motores se pueden controlar mediante la
utilización de un microprocesador y como cuentan con dispositivos para controlar su
retroalimentación como encoders es posible realizar un control muy preciso de la velocidad de
operación y del desplazamiento angular requerido.
Es posible fabricar un dispositivo el cual servirá para controlar los movimientos de la máquina
este dispositivo debe ser móvil para que el paciente sea capaz de utilizarlo mientras realiza su
terapia con la debida supervisión de un fisioterapeuta.
Posteriormente se deben realizar pruebas primero con personas sanas para evaluar el desempeño
de la máquina y finalmente utilizarla en pacientes después de una cirugía en la rodilla como
terapia de movimiento pasivo continuo.