The PHD: A Planar, Harmonic Drive Robot for Joint Torque Control

This thesis details the development of a model of a seven degree of freedom manipulator for position control. Then, it goes on to discuss the design and construction of a the PHD, a robot built to serve two purposes: first, to perform research on joint torque control schemes, and second, to determine the important dynamic characteristics of the Harmonic Drive. The PHD, is a planar, three degree of freedom arm with torque sensors integral to each joint. Preliminary testing has shown that a simple linear spring model of the Harmonic Drive's flexibility is suitable in many situations.

Piezoelectric Ultrasonic Micromotors

This report describes development of micro-fabricated piezoelectric ultrasonic motors and bulk-ceramic piezoelectric ultrasonic motors. Ultrasonic motors offer the advantage of low speed, high torque operation without the need for gears. They can be made compact and lightweight and provide a holding torque in the absence of applied power, due to the traveling wave frictional coupling mechanism between the rotor and the stator. This report covers modeling, simulation, fabrication and testing of ultrasonic motors. Design of experiments methods were also utilized to find optimal motor parameters. A suite of 8 mm diameter x 3 mm tall motors were machined for these studies and maximum stall torques as large as 10^(- 3) Nm, maximum no-load speeds of 1710 rpm and peak power outputs of 27 mW were realized. Aditionally, this report describes the implementation of a microfabricated ultrasonic motor using thin-film lead zirconate titanate. In a joint project with the Pennsylvania State University Materials Research Laboratory and MIT Lincoln Laboratory, 2 mm and 5 mm diameter stator structures were fabricated on 1 micron thick silicon nitride membranes. Small glass lenses placed down on top spun at 100-300 rpm with 4 V excitation at 90 kHz. The large power densities and stall torques of these piezoelectric ultrasonic motors offer tremendous promis for integrated machines: complete intelligent, electro-mechanical autonomous systems mass-produced in a single fabrication process.

Trajectory and Force Control of a Direct Drive Arm

Using the MIT Serial Link Direct Drive Arm as the main experimental device, various issues in trajectory and force control of manipulators were studied in this thesis. Since accurate modeling is important for any controller, issues of estimating the dynamic model of a manipulator and its load were addressed first. Practical and effective algorithms were developed fro the Newton-Euler equations to estimate the inertial parameters of manipulator rigid-body loads and links. Load estimation was implemented both on PUMA 600 robot and on the MIT Serial Link Direct Drive Arm. With the link estimation algorithm, the inertial parameters of the direct drive arm were obtained. For both load and link estimation results, the estimated parameters are good models of the actual system for control purposes since torques and forces can be predicted accurately from these estimated parameters. The estimated model of the direct drive arm was them used to evaluate trajectory following performance by feedforward and computed torque control algorithms. The experimental evaluations showed that the dynamic compensation can greatly improve trajectory following accuracy. Various stability issues of force control were studied next. It was determined that there are two types of instability in force control. Dynamic instability, present in all of the previous force control algorithms discussed in this thesis, is caused by the interaction of a manipulator with a stiff environment. Kinematics instability is present only in the hybrid control algorithm of Raibert and Craig, and is caused by the interaction of the inertia matrix with the Jacobian inverse coordinate transformation in the feedback path. Several methods were suggested and demonstrated experimentally to solve these stability problems. The result of the stability analyses were then incorporated in implementing a stable force/position controller on the direct drive arm by the modified resolved acceleration method using both joint torque and wrist force sensor feedbacks.

Autoclinimetría aplicada colectivamente en pacientes Latinoamericanos con Artritis Reumatoide

Para aplicar esquemas terapéuticos como la terapia de control estrecho en pacientes con Artritis Reumatoide (AR), Es necesario contar con mediciones objetivas de la actividad de la enfermedad. Para esto se han creado las herramientas de clinimetría. Las hay desarrollados con mediciones hechas por el médico, como elDAS28, el SDAI y el CDAI ó realizadas mediante cuestionario auto administrados, como los RAPID, producto del cuestionario R808-NP2-Spanish, ó el esquema SAI para auto conteo articular. Existen dudas respecto a la validez del cuestionario R808-NP2-Spanish, en pacientes de origen hispánico. Objetivo: Estipular el grado de asociación existente, entre las medidas de actividad de la Artritis reumatoide (AR), producidas mediante las herramientas de clinimetria auto-administradas, (cuestionario R808 - Np2- Spanish y esquema SAI), con las mediciones de clinimetria producidas mediante las mediciones realizadas por el personal médico entrenado y marcadores inflamatorios(DAS28 PCR, CDAI, SDAI), cuando dichas herramientas se aplican de forma colectiva a un grupo de pacientes latinoamericanos con AR. Métodos y Resultados: Este fue un estudio de corte trasversal en el que se analizaron 130 pacientes con AR, mediante los RAPID, el DAS28PCR el CDAI y el SDAI. Se encontraron variabilidades compartidaentre los RAPID y el CDAI y SDAI mayor al 50% (p<0,0001) y un kappa de 0,76; 0,74 y 0,61 entre DAS28 PCR 4V y los RAPID 3, 4 y 5 (p<0,000); un kappa de 0,54; 0,57 y 0,69 entre el CDAI y los RAPID 3, 4 y 5 (p<0,000) y un kappa de 0,49; 0,50 y 0,63 entre el SDAI y los RAPID 3, 4 y 5 (p<0,000). Conclusión: El origen hispanoamericano no parece afectar la validez de los RAPID ni de los auto-conteos articulares por el esquema SAI.

Radio 33 comparado con el patrón de oro para diagnóstico de osteoporosis

Introducción: la medición de la densidad mineral ósea en el fémur y columna lumbar es considerada la prueba de oro para el diagnóstico de osteoporosis en mujeres postmenopáusicas, sin tener suficiente evidencia de la utilidad al medir de manera individual o simultanea el radio 33 con este mismo propósito. Metodología Se realizó un estudio de pruebas diagnósticas, valorando concordancia anidada para determinar el valor diagnóstico del radio 33 comparado con los resultados por dual fémur y columna, actualmente patrón de oro el en diagnóstico. Se incluyeron mujeres mayores de 50 años entre el periodo de 2008 y 2011. Resultados Se incluyeron 3241 osteodensitometrias de pacientes femeninas con columna AP, dual fémur, radio ultradistal y radio 33. Tomando como estándar de oro la medición en columna y/o femur, el radio-33 obtuvo una sensibilidad de 95.5% y especificidad de 91% (p= 0,000) para osteoporosis, y una sensibilidad de 76.5% y especificidad de 54.9% p=0,000 para el diagnóstico de osteopenia. El radio 33 permite diagnosticar un 35% adicional de casos que no son captados con la medición en fémur y columna lumbar. Discusión La osteodensitometría en los sitios usados comúnmente, predice únicamente el 40% del riesgo de fractura (1). Si se incluye la medición de radio 33, la sensibilidad de la osteodensitometría sube en un 35.66% adicional, logrando detectar más pacientes con este riesgo y generando un impacto en la oportunidad del tratamiento y quizás reducción en la morbi-mortalidad secundaria a fracturas en esta población susceptible.

Effect of joint mobilization on the H Reflex amplitude in people with spasticity

Objective: To determine the effect of ankle joint mobilization on the H reflex amplitude of thesoleus muscle in people with spasticity. Materials and methods: A quasi-experimental study withcrossover design and simple masking was conducted in 24 randomized subjects to initiate thecontrol or experimental group. Traction and rhythmic oscillation were applied for five minutesto the ankle joint. H wave amplitude changes of Hoffmann reflex (electrical equivalent of themonosynaptic spinal reflex) was assessed, stimulating the tibial nerve at the level of the poplitealfossa and recording in the soleus muscle. In each subject 12 measurements were taken: basalrate, during and after mobilization. Changes in H reflex amplitude were calculated in relationto basal measurement. For each measurement a hypothesis test was performed (Student t test).Results: In groups of patients with brain injury and incomplete spinal cord injury, a significantdifference was found between measurements of both studies, concerning variation in H reflexamplitude during the application of joint mobilization techniques, with a decrease in the experimentalgroup and an increase in the control group. In contrast, no significant differences werefound after mobilization therapy. Patients with complete spinal cord injury showed no significantdifferences in any measurements. Conclusion: We demonstrate the effectiveness of jointmobilization in the decrease of H reflex amplitude in patients with brain injury or incompletespinal cord injury during the mobilization maneuver, but no residual effect after completion ofthe trial. This research showed no evidence regarding excitability reduction in complete spinalcord injury. We suggest that therapeutic interventions to decrease muscle tone based on the jointmobilization should be reconsidered.

Validación diagnóstica del test neural 1 para el síndrome de túnel del carpo

El objetivo de este estudio fue realizar una prueba de validez diagnostica del test neural 1 para el diagnóstico del Síndrome de Túnel del Carpo (STC) utilizando como prueba de referencia o de oro el test de conducción nerviosa. En este estudio participaron 115 sujetos, 230 manos con sospecha clínica de STC quienes fueron evaluados con el test de conducción nerviosa y el test neural 1. Se encontró una sensibilidad del 93.0% (IC 95%:88,21-96,79) y una especificidad del 6,67% (IC 95%:0,0-33,59), razón de verosimilitud positiva fue de 1,00 y razón de verosimilitud negativa de 1,05. Valor predictivo positivo de 86,9% y un valor predictivo negativo de 12,5%. Se concluye que el test neural 1 es una prueba clínica de alta sensibilidad y baja especificidad de gran utilidad para el monitoreo e identificación del STC. Es un procedimiento para el diagnóstico clínico de bajo costo que puede incluirse en los exámenes de rutina de los trabajadores como complemento a las pruebas clínicas sugeridas por las Gatiso para dar mayor precisión a la identificación temprana del STC. Se sugiere combinarla con otros test de mayor especificidad para ser aplicada en trabajadores en condiciones de riesgo o que presenten síntomas en miembros superiores y realizar otros estudios en donde participen sujetos sin diagnóstico clínico del STC.

Impacto funcional con el uso de clavo telescopico tipo Fassier Duval en pacientes con osteogénesis imperfecta

Introducción: la osteogénesis es una patología de origen genético caracterizada por fragilidad ósea, en su curso natural los pacientes que la padecen se enfrentan a múltiples fracturas y múltiples intervenciones quirúrgicas, este tipo de pacientes por ser de alto riesgo necesitan técnicas quirúrgicas que aumenten el tiempo entre cada intervención y que demuestren un mayor impacto en el estado funcional. Objetivo: Determinar el impacto en el estado funcional de los pacientes con osteogénesis imperfecta llevados a tratamiento quirúrgico con clavos telescopados tipo Fassier Duval. Diseño: Estudio descriptivo prospectivo en el que se incluyeron 8 pacientes con diagnóstico de osteogénesis imperfecta, llevados a tratamiento quirúrgico con clavos telescopados tipo Fassier Duval desde el 2009 al 2013 a los cuales se les realizó seguimiento menor de 1 año del post operatorio. Resultados: La respuesta encontrada fue satisfactoria en la mayoría de los pacientes analizados 6 de 8, con cercanía a un estado funcional normal; un riesgo de caída bajo, incorporación y deambulación adecuada y una valoración funcional motora gruesa con valores cercanos al 100% identificando un buen nivel de independencia funcional. Se pudo demostrar que existieron cambios en los valores de la escala y que estos fueron estadísticamente significativos con p=0,028 indicando que el aumento dichos valores en el posoperatorio están relacionados con el procedimiento quirúrgico al utilizado en este grupo de pacientes. Conclusión: El tratamiento quirúrgico con el clavo telescopado de Fassier Duval en nuestra experiencia demostró tener una mejoría en el estado funcional de los pacientes del presente estudio, por lo tanto se sugiere la posibilidad de implementar su uso según este indicado con el fin de obtener un mejor resultado quirúrgico y funcional. Palabras clave: Osteogénesis Imperfecta, Clavo de Fassier Duval, Valoración Funcional Motora

Comprobando la integridad del trayecto pedicular torácico: ¿es valido el uso del palpador pedicular? Técnica en cadáveres

Introducción: En la práctica neuroquirurgica el uso de tornillos pediculares torácicos ha venido en aumento en el tratamiento de diferentes patologías de la espinales. Desde la descripción original, se confirma la adecuada canalización del trayecto mediante el uso del palpador, sin embargo la validez y seguridad de dicho instrumento es limitada y existe riesgo de complicaciones complejas. En este estudio se comprueba la seguridad y validez del uso del palpador para diagnosticar la integridad del trayecto pedicular torácico. Metodología: Se canalizaron pedículos torácicos en especímenes cadavéricos los cuales de manera aleatoria se clasificaron como normales (íntegros) o anormales (violados). Posteriormente cuatro cirujanos de columna, con diferentes grados de experticia, evaluaron el trayecto pedicular. Se realizaron estudios de concordancia obteniendo coeficiente Kappa, porcentaje total de precisión, sensibilidad, especificidad, VPP y VPN y el área bajo la curva ROC para determinar la precisión de la prueba. Resultados: La precisión y validez en el diagnostico del trayecto pedicular y localización del sitio de violación tienen relación directa con la experiencia y entrenamiento del cirujano, el evaluador con mayor experiencia obtuvo los mejores resultados. El uso del palpador tiene una buena precisión, área bajo la curva ROC 0.86, para el diagnostico de las lesiones pediculares. Discusión: La evaluación precisa del trayecto pedicular, presencia o ausencia de una violación, es dependiente del grado de experiencia del cirujano, adicionalmente la precisión diagnostica de la violación varía según la localización de esta.

Fractura de radio distal como predictor de fractura de cadera en mayores de 65 años de un hospital universitario de alta complejidad en Bogotá

La osteoporosis es una de las condiciones patológicas en mayor crecimiento a medida que la población de tercera edad aumenta, esto se traduce en fracturas por fragilidad como lo son las fracturas de radio distal y las fracturas de cadera, actualmente no se cuentas con datos de la población a estudio que correlacione este tipo de fracturas. Es un estudio retrospectivo de casos y controles donde se obtuvo un grupo de pacientes con fractura de cadera que consultaron a un hospital universitario de alta complejidad en la ciudad de Bogotá, se evaluó la presencia de antecedente de fractura de radio distal y se comparó con un grupo control de trauma en cadera. Se obtuvo un total de 325 casos (72,5%) y 123 (25%) controles. El promedio de edad fue de 81 años, el 70% de los pacientes en ambos grupos correspondió a mujeres. No hubo diferencia en cuanto a la prevalencia de tabaquismo, hipertensión arterial o diabetes en los grupos. No se encontraron diferencias significativas en cuanto a niveles de glicemia, calcio, vitamina D. La presencia de antecedente de fractura de radio distal en grupo con fractura de cadera fue del 7,1% encontrando un OR de 3,91 IC 95%(1,17– 13,10). La presencia de fractura de radio distal como antecedente es un predictor para la fractura de cadera en pacientes mayores. Se necesitan más estudios que correlacionen otras variables que pueden influir en la asociación para fractura de cadera y radio, para así identificar una población específica que se beneficie de un tratamiento temprano.

Lumbar estrecho: experiencia de 10 años en la fundación santa fé de Bogotá

El canal lumbar estrecho de tipo degenerativo, es una enfermedad que se presenta en pacientes entre la quinta y la sexta década de vida; es la causa más común de cirugía lumbar después de los 65 años. Este trabajo busca determinar cuáles son los factores asociados a la presentación de eventos adversos o re-intervención en cirugía de canal lumbar estrecho en la Fundación Santa Fe de Bogotá en los años comprendidos entre 2003 y 2013. Métodos: se realizó un estudio de prevalencia de tipo analítico, en donde se analizaron 249 pacientes sometidos a intervención quirúrgica por cirugía de canal lumbar estrecho.

Involvement in environmental causes, does the joint effect between subjective income and the performance of the country matter?

Previous research has shown that richer people are more likely to engage in an environmentalcause. We extend it by considering the joint effect between subjective income and a set of macroeconomicvariables. For doing so, we employ the fifth wave of the World Values Survey (WVS).This study provides clear evidence that even when both factors matter, people´s attitudes cruciallydepend on the interaction effect. Hence, those measures that affect the characteristics of thecountry would also change the disposition to be involved.