Fisio

Diseño y Simulación de una Órtesis Robótica para Rehabilitación de la Marcha
Marcela V. Urdaniz, María A. Ortiz, Ariel A. Bonardi y Gerardo G. Gentiletti Cátedra de Robótica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Entre Ríos. ggentiletti@bioingenieria.edu.ar
Resumen—Este trabajo describe el diseño de una órtesis robótica para rehabilitación de la marcha, cuyo objetivo es optimizartanto la recuperación del paciente como la práctica profesional del terapeuta. La órtesis robótica propuesta posee seis grados de libertad y actúa sobre cadera, rodilla, tobillo y pie. Esta se utilizaría junto con un sistema de soporte del peso del paciente y una cinta rodante. El diseño considera sólo las componentes en el plano sagital de las variables biomecánicas. Se propone una estructura basadaen segmentos de fibra de carbono adaptables en altura, con agarre al paciente realizado en polipropileno recubierto con espuma de baja densidad y cierre de cinta de abrojo. En cuanto a los actuadores, se propone el uso de servomotores alemanes con reductores Harmonic Drive para cada articulación, y a su vez se contempla una alternativa de industria nacional. Finalmente, se propone un esquema decontrol de posición en el espacio de las articulaciones. Para verificar el diseño se realizó un modelo completo de la órtesis para su simulación, con el que se evaluó la evolución de la posición en el plano sagital de las articulaciones del tobillo y la rodilla. De la simulación se observa que la órtesis diseñada es capaz de seguir un patrón de marcha normal, con errores respecto de las consignastolerables para esta aplicación. Palabras clave—Órtesis, robótica, rehabilitación, simulación.

coordinada con los movimientos ejercidos por el sujeto o por el sistema propiamente dicho [5]. Se sostiene además como hipótesis, que una rehabilitación que utilice tecnología robótica basada en el concepto de exoesqueletos, para complementar la labor del fisioterapeuta, aumentaría el efecto terapéuticoya que podrían realizarse sesiones de entrenamiento más prolongadas, debido a la reducción en el esfuerzo muscular del profesional. Además la adquisición de datos representativos de la evolución del paciente proporcionaría información de ajuste para generar un patrón de marcha más cercano al normal y adaptándose a la evolución del paciente, haciendo más rápida su recuperación. Estos enfoques yaestán comenzando a ser aplicados en productos, de los cuales algunos están alcanzando la fase comercial, tal como el Lokomat de Hocoma. Basados en esta problemática y como una primera etapa en el análisis de estas tecnologías de rehabilitación, en el presente trabajo se plantea el diseño y ensayo por simulación de una órtesis robótica para rehabilitación de la marcha. II. MATERIALES Y MÉTODOS Elpresente diseño propone una órtesis robótica activa para cadera, rodilla, tobillo y pie (HKAFO, por sus siglas en inglés, Hip-Knee-Ankle-Foot Orthosis). La misma puede ser vista como un exoesqueleto de tres grados de libertad (Dof) por cada pierna, (cadera, rodilla y tobillo), sumando así seis grados de libertad en total. El dispositivo no realizará directamente el balanceo y rotación de la pelvis.En su lugar, la órtesis se utilizaría con un sistema adicional de descarga del peso del paciente, que le de la estabilidad necesaria durante los ejercicios de rehabilitación, a la vez que la marcha se realizaría sobre un cinta rodante. El diseño está orientado a personas cuya función motora este alterada, pero que preservan control del tronco y músculos abdominales. Otros criterios de diseñotomados son: la capacidad para sujetos con un peso máximo de 135 Kg, y un rango de alturas de 150 cm a 200 cm. Para poder realizar un dispositivo que controle la función del miembro inferior de un sujeto, es necesario conocer el funcionamiento normal de la marcha humana, la cual está caracterizada por parámetros biomecánicos. Las variables biomecánicas consideradas para describir la cinética del...