Desarrollo de un Robot de Rehabilitación pasiva para la articulación de la muñeca mediante la implementación de un microcontrolador Arduino UNO

In this paper, we develop a functional robotic prototype based on an Arduino UNO R3 microcontroller to perform rehabilitation exercises for wrist joint. The device can be used to assist the physiatrist to rehabilitate the tendinitis, synovitis, rheumatoid arthritis and for pre-operative and post-operative therapy of the wrist joint. During the design stage of the functional prototype, we take advantages of the industrial design process methodology from a concurrent engineering approach. We perform an anthropometric analysis of the Venezuelan population in order to establish the dimensions and angles of movements for the wrist joint. We develop conceptual designs by means of CAD taking into account different forms, geometries and materials of the components of the rehabilitation device. After that, principal stress and safety factors of each design concept are analysed through the use of CAE software based on the finite element method.In addition, we put forward a graphical user interface (GUI) for measuring, recording, and executing the different movements required during the rehabilitation therapy. Finally, we built an actual prototype able to help the rehabilitation of the wrist joint allowing the combination of dorsal-palmar flexion and ulnar-radial movements to recover the joint function of various pathologies for Venezuelan population.  En esta investigación se implementa un microcontrolador Arduino UNO R3 para controlar los movimientos de un prototipo funcional robótico desarrollado para realizar ejercicios de rehabilitación en la articulación de la muñeca. El dispositivo puede ser empleado para asistir al médico fisiatra para rehabilitar los cuadros de tendinitis, sinovitis, artritis reumatoidea. Además puede ser empleado para procesos de terapia pre y post operatoria de dicha articulación. Durante la etapa de diseño del prototipo funcional, se utilizó la metodología del proceso de diseño industrial desde enfoque de la ingeniería concurrente, mediante la cual se pudieron realizar estudios antropométricos relacionados con las dimensiones y ángulos de movimiento de la articulación de la muñeca en la población venezolana. A partir de la información recolectada se elabora la propuesta de diseño, y mediante programas CAD se definieron las diferentes formas, geometrías y materiales de los componentes del dispositivo de rehabilitación, que posteriormente fueron analizados mediante el método de elementos finitos para la determinación del estado tensional de esfuerzos y factores de seguridad mediante la utilización de programas CAE. Adicionalmente se desarrolla un software para la adquisición, registro, reproducción y ejecución de los diferentes movimientos producidos durante la realización de la terapia de rehabilitación. Finalmente se construye un dispositivo que permite ayudar al fisiatra en actividades de rehabilitación de la articulación de la muñeca permitiendo realizar la combinación de movimientos de flexión dorsal-palmar y cubital-radial para la recuperación de la funcionalidad de la articulación de diversas patologías presentadas en la población venezolana. &nbsp

Desarrollo de un Robot de Rehabilitación pasiva para la articulación de la muñeca mediante la implementación de un microcontrolador Arduino UNO

In this paper, we develop a functional robotic prototype based on an Arduino UNO R3 microcontroller to perform rehabilitation exercises for wrist joint. The device can be used to assist the physiatrist to rehabilitate the tendinitis, synovitis, rheumatoid arthritis and for pre-operative and post-operative therapy of the wrist joint. During the design stage of the functional prototype, we take advantages of the industrial design process methodology from a concurrent engineering approach. We perform an anthropometric analysis of the Venezuelan population in order to establish the dimensions and angles of movements for the wrist joint. We develop conceptual designs by means of CAD taking into account different forms, geometries and materials of the components of the rehabilitation device. After that, principal stress and safety factors of each design concept are analysed through the use of CAE software based on the finite element method.In addition, we put forward a graphical user interface (GUI) for measuring, recording, and executing the different movements required during the rehabilitation therapy. Finally, we built an actual prototype able to help the rehabilitation of the wrist joint allowing the combination of dorsal-palmar flexion and ulnar-radial movements to recover the joint function of various pathologies for Venezuelan population.  En esta investigación se implementa un microcontrolador Arduino UNO R3 para controlar los movimientos de un prototipo funcional robótico desarrollado para realizar ejercicios de rehabilitación en la articulación de la muñeca. El dispositivo puede ser empleado para asistir al médico fisiatra para rehabilitar los cuadros de tendinitis, sinovitis, artritis reumatoidea. Además puede ser empleado para procesos de terapia pre y post operatoria de dicha articulación. Durante la etapa de diseño del prototipo funcional, se utilizó la metodología del proceso de diseño industrial desde enfoque de la ingeniería concurrente, mediante la cual se pudieron realizar estudios antropométricos relacionados con las dimensiones y ángulos de movimiento de la articulación de la muñeca en la población venezolana. A partir de la información recolectada se elabora la propuesta de diseño, y mediante programas CAD se definieron las diferentes formas, geometrías y materiales de los componentes del dispositivo de rehabilitación, que posteriormente fueron analizados mediante el método de elementos finitos para la determinación del estado tensional de esfuerzos y factores de seguridad mediante la utilización de programas CAE. Adicionalmente se desarrolla un software para la adquisición, registro, reproducción y ejecución de los diferentes movimientos producidos durante la realización de la terapia de rehabilitación. Finalmente se construye un dispositivo que permite ayudar al fisiatra en actividades de rehabilitación de la articulación de la muñeca permitiendo realizar la combinación de movimientos de flexión dorsal-palmar y cubital-radial para la recuperación de la funcionalidad de la articulación de diversas patologías presentadas en la población venezolana. &nbsp