Esoesqueleto

Simulación Cinemática de un Exoesqueleto de Brazo

D. Tibaduiza, N. Chio, J.M. Grosso y M. Anaya

Resumen—Una de las mayores limitantes de los seres humanos para realizar tareas físicas es la fuerza de los músculos, que puede disminuir considerablemente como resultado de un daño neuromuscular, de una atrofia muscular o por una distrofia muscular en personas discapacitadas En procura de darsolución a este tipo de problemas la medicina ha generado técnicas de rehabilitación que permiten a los pacientes una mejora progresiva que en una buena cantidad de pacientes resulta efectiva. Automatizar este proceso permitiría a los profesionales en el área de rehabilitación tener una ayuda adicional para dar soporte, actuación y registro de la mejora del paciente, es de esta manera como lasortesis activas o exoesqueletos han brindado un nuevo campo que permite aplicar técnicas de automatizción y robótica para generar soluciones en este campo. El presente artículo tiene como objeto mostrar un avance de un proyecto que vienen desarrollando los autores en el área de exoesqueletos. Propiamente este diseño esta pensado para el desarrollo de un exoesqueleto de brazo y el avance acá presentadocorresponde a la simulación cinemática. Palabras clave— autonomía física, exoesqueleto, miembro superior, rehabilitación, sistemas robóticos.

I. INTRODUCCIÓN

E

l concepto de prótesis activas es un concepto que

actualmente se acuña a nivel mundial para los trabajos con exoesqueletos, los cuales involucran temas claves de automatización y robótica para diferentes fines como podráobservarse posteriormente en el marco teórico. Los exoesqueletos consisten en un mecanismo estructural externo acoplado a la persona y cuyas junturas y eslabones corresponden a las de la parte del cuerpo humano que emula. La principal característica de estas interfaces hombre-máquina, es que el contacto entre el usuario y el exoesqueleto permite transferir potencia mecánica y señales de información. Eneste artículo se muestra un avance del proyecto de investigación títulado diseño y construcción de un exoesqueleto mecatrónico para miembro superior financiado por la Universidad Autónoma de Bucaramanga. Este avance corresponde al modelado cinemático del brazo humano basado en los parámetros biomecánicos de una persona de 174 cm de altura y cuya masa es de 64 Kg, aunque como se dará a entender a lolargo del artículo su posterior diseño puede extenderse a cualquier persona.

II. MARCO TEÓRICO
Manuscrito recibido el 31 de Julio de 2009. D. Tibaduiza está con el Grupo de Investigación en Control en Control y Mecatrónica de la Universidad Autónoma de Bucaramanga, Colombia. (e-mail: dtibaduiza@unab.edu.co). N. Chio está con el Grupo de Investigación en Control en Control y Mecatrónica de laUniversidad Autónoma de Bucaramanga Colombia. (e-mail: nchio@unab.edu.co). J. M. Grosso Joven Investigador Colciencias y está con el Grupo de Investigación en Control y Mecatrónica de la Universidad Autónoma de Bucaramanga, Colombia. (e-mail: jmgrosso@ieee.org). M. Anaya, investigadora. Universidad Autónoma de Bucaramanga. (e-mail:manaya@unab.edu.co)

El diseño del exoesqueleto propuesto en estetrabajo se ha dividido en dos componentes fundamentales; por un lado el desarrollo mecánico, conformado por un análisis biomecánico de la marcha y de la antropometría humana, y por el diseño del mecanismo de actuación; por otro lado el sistema de control, compuesto por el sistema de adquisición y procesamiento de señales, y por los algoritmos y software de mando y monitoreo. A continuación seaclaran algunos conceptos sobre los temas tratados a lo largo del artículo con el fin de dar una mejor comprensión a lo expuesto.

A. Ortesis y Exoesqueletos El otro enfoque que actualmente se desarrolla para minimizar las limitaciones motrices es el uso de ortesis, definidas por la Organización Internacional de Estándares como un aparato usado para modificar las características funcionales o...