Exoesqueleto

Exoesqueletos
Antonio J. del Ama
Organiza: Patrocina:

3 – 6 de mayo de 2010

ÍNDICE.

• Introducción histórica.
• Aspectos en consideración.
Aspectos clínicos. Aspectos tecnológicos.

• Exoesqueletos de miembro inferior. • Exoesqueletos de miembro superior. • Nuevo horizonte.

Orígenes.
• Exoesqueleto: Esqueleto externo continuo que recubre toda la superficie de los animalesfilo-artrópodos. Cumple una función mecánica, proporcionando el soporte estructural necesario. “La necesidad es la madre de la invención”

Orígenes (II)
• Exoesqueletos actuados:
Introducción de actuación sobre la exo-estructura. Aumentar la capacidad física del cuerpo humano.

1948: N. A. Bernstein. 1961: Cornell Aeronautical Labs Man-Amplifier Man-

Orígenes (III)
1966: General ElectricHardiman I

Orígenes (IV)
19701970-2: Exoesqueletos desarrollados por el prof. Vukobratovic

1986: “LifeSuit” M. Reed (They Shall Walk)

Desarrollos contemporáneos
DARPA
Raytheon

SARCOS XOS

Bleex

Japón SAPAS HAL Honda Walking assist BWS

ÍNDICE. • Introducción histórica.

• Aspectos en consideración.
Aspectos clínicos. Aspectos tecnológicos.

• Exoesqueletos de miembroinferior. • Exoesqueletos de miembro superior. • Nuevo horizonte.

Biomecatrónica.

Mecatrónica: disciplina ingenieril a la que concierne el estudio, análisis, diseño e implementación de sistemas híbridos (mecánicos, eléctricos y control). Bio-mecatrónica: Extensión de la mecatrónica: sistemas
bio-compatibles. biobio-inspirados. bio-

Actuadores, arquitecturas de control, etc. Interaccióncinemática entre el sistema y el humano. Sistemas de control que interactúan con comandos de origen biológico. Biomecatrónica adopta procedimientos de diseño y optimización biológicamente inspirados.
Algoritmos geneticos.

Pons et al. Wearable Robots. 2008

Aspectos clínicos.
• ¿Cuál es la patología?
MMSS, MMII. SNC, SNP… Número de articulaciones a compensar. Ausencia/presencia devoluntariedad de movimientos... Rigidez espontánea, espasmos... ¿Cuántos modelos/tallas?

• Compensar las funcionalidades debilitadas por alguna patología.
Realizar muy pocas (generalmente una) tareas. Deben ser ambulatorios: peso, volumen, autonomía, estética...

• Rehabilitación.
Realización de terapias repetitivas. Es posible realizar sistemas fijos: peso, volumen. Es más importante laversatilidad en el tipo de tarea.

Aspectos tecnológicos.
• Interacción física.
Cinemática de los miembros.
Compatibilidad cinemática.

El aplicación de esfuerzos.
Tolerancia a la presión. Caracterización de la transmisión de esfuerzos.

• Interacción cognitiva.
Intercambio bidireccional de información exoesqueleto – humano. Codificación de la información. Humano: EEG, EMG, Biomecánica.Exoesqueleto: física, visual.

Aspectos tecnológicos.
• Actuadores.
Potencia-Par por unidad de peso. Control. Alternativas
Motores eléctricos: DC, Brusheless… Actuadores hidráulicos. Actuadores neumáticos. Disipación de potencia: embragues de fricción, magnetoreológicos, sistemas elásticos. Músculos neumáticos. Sistema muscular.

ÍNDICE. • Introducción histórica. • Aspectos en consideración.Aspectos clínicos. Aspectos tecnológicos.

• Exoesqueletos de miembro inferior.
• Exoesqueletos de miembro superior. • Nuevo horizonte.

Marcha humana.
• Biomecánica de la marcha humana.

Marcha humana.

• Potencia articular:
Cadera: cercana a cero Rodilla: predominantemente negativa (disipación). Tobillo: ambas.

Marcha humana.
• Los actuadores articulares de los exoesqueletostienden a:
Agregar par en la cadera
ESBiRRO (CSIC), Bleex (Berkley)

Disipar potencia en la rodilla.
GAIT (CSIC), Goldfarb (Nashville),

Almacenar y liberar energía en el tobillo
AAFO (MIT), GAIT (CSIC).

• Sin embargo, las patologías hacen variar los requerimientos funcionales:
Agregar par en la rodilla.
Lokomat, LOPES.

Agregar par en el tobillo.
AFO (MIT)

AFO (Ankle-Foot...