Análisis y diseño de un robot de tipo exoesqueleto para rehabilitación de antebrazo y muñeca

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013 1 An´alisis y dise˜no de un robot de tipo
Author:  Carmelo Lara Rico

2 downloads 161 Views 974KB Size

Recommend Stories


Estructura de un robot industrial
Estructura de un robot industrial • • • Componentes Características principales Configuraciones morfológicas del manipulador Componentes Como se ade

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE NAVEGACION Y TELEMETRIA EN TIEMPO REAL PARA UN ROBOT MOVIL DESDE UN SMART PHONE
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE NAVEGACION Y TELEMETRIA EN TIEMPO REAL PARA UN ROBOT MOVIL DESDE UN SMART PHONE Cichanowski Miguel Kornuta, Cristian Mar

UN ROBOT PARA UN ABP EN LAS INGENIERÍAS INFORMÁTICAS
UN ROBOT PARA UN ABP EN LAS INGENIERÍAS INFORMÁTICAS 1 J. OLIVER1, M. PRIM1 Y R. TOLEDO2 Departament de Microelectrònica i Sistemes Electrònics. Esco

ROBOT IDENTIFICADOR Y CLASIFICADOR DE COLORES
ROBOT IDENTIFICADOR Y CLASIFICADOR DE COLORES Robot identificador y clasificador de colores RESUMEN En este proyecto se trata de abordar el problem

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSMISOR PASIVO PARA TERMOPARES TIPO J Y K
Eleventh LACCEI Latin American and Caribbean Conference for Engineering and Technology (LACCEI’2013) ”Innovation in Engineering, Technology and Educat

Story Transcript

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

1

An´alisis y dise˜no de un robot de tipo exoesqueleto para rehabilitaci´on de antebrazo y mu˜neca. Marcos A. Lazcano-L´opez, M. Alejandro Lugo-Villeda, Sandy G. Quintana-Cabanillas, J. V´ıctor N´un˜ ez-Nalda, Ulises Zald´ıvar-Colado

Resumen—El ejercicio terap´eutico tiene como objetivo principal, ayudar en la recuperaci´on a personas con limitaciones ˜ motrices. En el presente art´ıculo se muestra el an´alisis y diseno de un robot de tipo exoesqueleto para rehabilitaci´on motriz ˜ de miembro superior, de antebrazo y muneca espec´ıficamente. El exoesqueleto es un sistema articulado que corresponde a la anatom´ıa osteoarticular. Los movimientos que el exoesqueleto puede reproducir, corresponden con el espacio de trabajo de la extremidad, movimientos b´asicos que el terapeuta provee al paciente en las sesiones de rehabilitaci´on. Se realiz´o un an´alisis ˜ articular biomec´anico del antebrazo y la muneca, este modelo articular fue representado cinem´aticamente mediante t´ecnicas de rob´otica. Con este an´alisis es posible representar el espacio de trabajo de la mano a partir de los movimientos articulares ˜ del antebrazo y la muneca. Se presenta el modelo cinem´atico del exoesqueleto, propuesto de la cinem´atica de la extremidad. ˜ del modelo geom´etrico del exoesqueleto Se presenta el diseno y las partes del cual est´a conformado. Finalmente se muestran resultados y conclusiones.

Palabras clave. Dise˜no rob´otico, Rehabilitaci´on rob´otica, Exoesqueleto de miembro superior, Rob´otica m´edica. I.

´ I NTRODUCCI ON

En M´exico, al a˜no 2010, 5.7 millones de personas padec´ıan de alguna limitaci´on para realizar sus actividades de la vida diaria, esto representaba el 5.1% de la poblaci´on total con una incidencia igual en hombres y mujeres. El instituto nacional de estad´ıstica y geograf´ıa (INEGI), dentro de su clasificaci´on de las limitaciones con base en las actividades cotidianas, tales como caminar o moverse, ver, escuchar o hablar, la limitaci´on para realizar las actividades de la vida diaria con mayor incidencia, es la de moverse. En nuestro pa´ıs, la terapia f´ısica es uno de los m´etodos m´as utilizados ante problemas de limitaci´on f´ısica neuromotriz, sin embargo, a pesar de que las funciones de las extremidades pueden ser evaluados y tratados mediante terapia f´ısica, los m´etodos que son aplicados de forma intensiva, por lo general son muy costosos. De igual manera el ´ındice de personas que padecen alg´un padecimiento motriz, va en aumento y la eficiencia de la terapia se pone en riesgo [1][2]. Con el fin de reducir costos y mejorar la pr´actica de rehabilitaci´on en cl´ınicas y hospitales en diversas Marcos A. Lazcano-L´opez, M. Alejandro Lugo-Villeda, Sandy G. Quintana-Cabanillas y J. V´ıctor Nu˜nez-Nalda del departamento de Ing. Mecatr´onica de la Universidad Polit´ecnica de Sinaloa. (e-mail: marco [email protected], [email protected], [email protected] y [email protected]) Ulises Zaldivar Colado, de la Universidad Aut´onoma de Sinaloa (e-mail: [email protected]).

partes del mundo, diversos laboratorios de investigaci´on se han dado a la tarea de desarrollar diferentes tipos de exoesqueletos activos para aplicaciones de rehabilitaci´on y de asistencia en los u´ ltimos 20 a˜nos [3]. En [4], se presenta el modelado y desarrollo de un robot de tipo exoesqueleto para rehabilitaci´on motriz de mu˜neca de 2 grados de libertad (GdL), el dise˜no considera principalmente la movilidad fina con el objetivo de darle la mayor naturalidad a los movimientos del exoesqueleto, para el dise˜no se considera el modelo cinem´atico de la extremidad y as´ı el del robot, el cual es obtenido de la biomec´anica del mismo, de igual forma, en [5] se presenta un dise˜no de un robot exoesqueleto, este dise˜no es portatil y permite la movilidad u´ nicamente de la mu˜neca y los rangos de movilidad, no se presenta suficiente el an´alisis biomec´anico. La dificultad de los dispositivos radica en la reproducci´on de los movimientos anat´omicos y las restricciones existentes naturales de la extremidad, con la finalidad de . Otra de las consideraciones importantes, es la fuerza para la movilidad, en [6] y [7] presentan dos modelos de exoesqueleto para rehabilitaci´on activa, la cual requiere potencia para ejercitar al paciente y estimular a trav´es de ejercicios activos. Es por esto que el dise˜no de dispositivos debe considerar en primera instancia la biomec´anica de las articulaciones, y su representaci´on de tal forma que el espacio de trabajo que cubre la extremidad pueda cubrirla sin problemas el dispositivo. En este art´ıculo se presenta el an´alisis y dise˜no de un robot de tipo exoesqueleto para rehabilitaci´on de miembro superior, espec´ıficamente de mu˜neca y antebrazo. El dise˜no considera caracter´ısticas anat´omicas y de movimiento. II.

´ ´ A N ALISIS BIOMEC ANICO DEL ANTEBRAZO Y LA ˜ MU NECA .

La movilidad de la extremidad superior se mide a trav´es de la goniometr´ıa, que consiste en medir el desplazamiento angular sobre diferentes planos que dividen al cuerpo humano desde la posici´on de referencia cero, es decir con todas las articulaciones en 0◦ , la cual se define, en bipedestaci´on, con el tronco extendido, las extremidades inferiores rectas, los talones juntos, los pies puestos sobre el plano del suelo y paralelos, las extremidades superiores extendidas a lo largo del cuerpo, las palmas de las manos vueltas hacia adentro con los dedos juntos [8]. El cuerpo se divide en tres planos principalmente (sagital, frontal y transversal), sobre cada uno de ellos cruza un eje perpendicularmente y al rededor de estos se genera la cantidad de movimiento denominada rango de movilidad (ver Fig. 1).

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

Fig. 3.

Fig. 1.

Planos que dividen al cuerpo humano

A. Movilidad b´asica de el antebrazo y la mu˜neca EL primer movimiento a analizar es el movimiento de pronaci´on-supinaci´on el cual corresponde a la rotaci´on del antebrazo en torno a su eje longitudinal(ver Fig. 2), este movimiento tiene un rango de 0 a 90◦ en pronaci´on y de 0 a 85◦ en supinaci´on.

Fig. 2.

Movilidad del antebrazo

La mu˜neca es la articulaci´on del miembro superior que une el antebrazo a la mano y permite movimientos de flexi´onextensi´on y abducci´on-aducci´on. Adem´as es posible realizar movimientos compuestos, como la circunducci´on. En la Fig. 3 se pueden visualizar los movimientos b´asicos de la mu˜neca. La flexi´on la regi´on palmar de la mano se acerca a la cara anterior del antebrazo con un rango de 0◦ a 80◦ .En el movimiento de extensi´on la regi´on dorsal de la mano se acerca a la cara posterior del antebrazo con a´ ngulos desde 0◦ hasta 70◦ . En la aducci´on el dedo me˜nique se acerca al antebrazo con rangos de 0◦ a 30◦ , mientras que en la abducci´on es el pulgar el que se acerca al antebrazo con un a´ ngulo de 0◦ hasta 20◦ [9]. El terapeuta utiliza los movimientos b´asicos para realizar una evaluaci´on de los diversos tejidos periarticulares, con la finalidad de averiguar su influencia en la posible limitaci´on

2

Movimientos b´asicos de la mu˜neca

y/o p´erdida de la amplitud de movimiento angular. A trav´es del exoesqueleto ser´a posible realizar pruebas pasivas de movilidad articular, esto conlleva a la propuesta articular del exoesqueleto.

B. An´alisis cinem´atico del antebrazo y la mu˜neca El an´alisis cinem´atico provee informaci´on espacial y temporal sobre el espacio de trabajo, dados los movimientos articulares del antebrazo y la mu˜neca; la posici´on de cada una de las articulaciones son medidas desde un marco referencial fijo que se encuentra en la base del sistema. El problema cinem´atico directo es resuelto mediante m´etodos geom´etricos, con la finalidad de describir el movimiento articular de robots, en nuestro caso se hace uso del m´etodo de Denavit-Hartenberg [10], el cual, proporciona la informaci´on de la posici´on del efector final a partir de la posici´on de cada una de las articulaciones. Considerando los movimientos del antebrazo y la mu˜neca mencionados en la Secci´on II-A, se propone un modelo cinem´atico (ver Fig. 4). En este caso, se considera que el brazo es fijo y se toma como la base de los movimientos articulares delPantebrazo y la mu˜neca; el primer marco referencial fijo 0 = (x0 , y0 , z0 ) se encuentra en la articulaci´on glenohumeral. Con esto, se tiene que el conjunto de variables generalizadas est´a definido como q = {q1 , q2 , q3 } donde q ∈ R3 contiene las coordenadas articulares de la extremidad como se muestra en la Fig. 4. Este conjunto de variables determina la posici´on espacial del efector final en el espacio de trabajo tridimensional completo. Por lo tanto, el problema cinem´atico directo se define como la relaci´on entre las articulaciones individuales q y la pose del efector final X(x, y, z, α, β, σ) en el caso general, donde x, y, z son las coordenadas cartesianas y α, β y σ son los a´ ngulos de Euler que representan la orientaci´on. De acuerdo a q y los par´ametros geom´etricos D(θ, α, a, d) de los referenciales asignados en cada articulaci´on i de la cadena cinem´atica, el problema de la cinem´atica directa se resuelve a trav´es de la matriz de transformaci´on homog´enea que se define como:

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

3

a partir de una descomposici´on de la matriz de transformaci´on homog´enea como se muestra en la ecuaci´on 5 de la que se n n extrae el vector de posici´on dni−1 = (xni−1 , yi−1 , zi−1 )T para cada complejo articular T03

=

A10

A21

A32

|{z}

|{z}

|{z}

 =

n Ri−1 0

dni−1 1

 .

(5)

Antebrazo Mu˜neca q2 Mu˜necaq3

Fig. 4.

En donde i es la articulaci´on y n es el n´umero de grados de libertad totales. Ahora bien, cada uno de los grados de libertad tiene un rango de acci´on limitado debido a que los movimientos de la extremidad est´an restringidos f´ısicamente por la articulaci´on, los m´usculos y tendones, y la configuraci´on del cuerpo. La Academia Americana de Cirujanos Ortop´edicos (AAOS) y la Asociaci´on para el Estudio de Osteos´ıntesis (AO) proponen los rangos de movilidad para cada articulaci´on, presentados en la Tabla II, basados en sus movimientos b´asicos [8].

Diagrama cinematico del antebrazo y la mu˜neca

T0n =

n Y

Ai (q, D)

(1) ´ R ANGOS DE MOVILIDAD M AXIMOS DE LAS ARTICULACIONES DEL MIEMBRO SUPERIOR .

TABLA II.

i=1

donde: C θi  Sθi Ai =  0 0 

−Sθi Cαi Cθi Cαi Sαi 0

Sθi Sαi −Cθi Sαi Cαi 0

 ai Cθi ai Sθi  di  1

(2)

y Cθi = cos θi , Sθi = senθi , Cαi = cos αi , Sαi = senαi . Aplicando el m´etodo de Denavit Hartenberg de la cadena cinem´atica de la extremidad superior (Figura 4) se obtiene la descripci´on mostrada en la Tabla I. TABLA I.

´ PAR AMETROS D ENAVIT-H ARTENBERG DE LA CADENA ´ ˜ DEL ANTEBRAZO Y MU NECA CINEM ATICA link i 1 2 3

a 0 0 l2

α −π/2 −π/2 0

d l1 0 0

Movimiento Pronaci´on (Antebrazo) Supinaci´on (Antebrazo) Flexi´on (Mu˜neca) Extensi´on (Mu˜neca) Aducci´on (Mu˜neca) Abducci´on (Mu˜neca)

θ q1 q2 − π/2 q3

AAOS 0 a 80◦ 0 a 80◦ 0 a 80◦ 0 a 70◦ 0 a 30◦ 0 a 20◦

A trav´es del vector de posici´on d30 de la matriz de transformaci´on homog´enea, es posible la determinaci´on del espacio de trabajo de la extremidad, teniendo en cuenta los rangos de movilidad en las articulaciones. El modelo descrito anteriormente se evalu´o a trav´es de los valores de restricci´on mostrados en la Tabla II. Para efectos de simulaci´on y la visualizaci´on de este movimiento es necesario realizar la flexi´on de la mu˜neca en su grado m´aximo, como se muestra en la Fig. 5 y con esto se eval´ua el rango de movilidad de la articulaci´on del antebrazo.

La matriz de transformaci´on homog´enea que representa la cinem´atica directa del miembro superior a partir de los par´ametros D-H se define como   R03 d30 T03 = . (3) 0 1

Movimiento de pronación−supinación del antebrazo

0.1 Flexión de codo

d30

En donde, el vector define la posici´on de la palma P de la mano respecto al primer marco referencial fijo 0 , en las coordenadas espaciales. Las coordenadas de la palma de la mano d30 = (x30 , y03 , z03 )T se obtienen por medio de las siguientes ecuaciones:

X

−0.1

−0.3

x30 = l2 sen (q1 ) sen (q3 ) + l2 cos (q1 ) cos (q3 ) sen (q2 ) y03 = l2 cos (q3 ) sen (q1 ) sen (q2 ) − l2 cos (q1 ) sen (q3 ) z03 = l1 + l2 cos (q1 ) cos (q3 )

(4) A trav´es del c´alculo num´erico de la cinem´atica directa se puede obtener el espacio de trabajo de la extremidad, esto es,

0 0 0 0

AO 0 a 90◦ 0 a 90◦ a 50◦ /60◦ a 35◦ /60◦ a 30◦ /40◦ a 25◦ /30◦

Flexión de muñeca a 90°

Movimiento de pronación−supinación

−0.5 −0.1 Y Fig. 5.

0.25 0.15

0.1

0.05 −0.05

Z

Movimiento de pronaci´on-supinaci´on del antebrazo

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

4

Los movimientos de flexi´on-extensi´on y abducci´on-aducci´on se pueden visualizar en la Fig. 6, los rangos de movilidad utilizados son los m´aximos de la Tabla II. Movimiento de flexión−extensión y aducción−abducción de muñeca

0.1

Flexión de codo a 90°

X

0 −0.1

(a)

−0.2 Flexión extensión

0.1

Aducción abducción

0 Y

Fig. 6.

Fig. 8. Modelo cinem´atico del exoesqueleto. (a) Modelo articular del exoesqueleto. (b) Modelo articular del exoesqueleto con distancias entre eslabones y articulaciones.

0.2

0.1

−0.1

0

−0.2

Z

TABLA III.

Movimiento de flexi´on-extensi´on y aducci´on-abducci´on

Espacio de trabajo del antebrazo y muñeca con restricciones de movimiento

X

0 −0.1 Codo Antebrazo 0

Espacio de trabajo −0.1 Y

Fig. 7.

−0.2

−0.1

0.1

0

a l2 0 −l5 l7

α π/2 π/2 −π/2 0

d l1 l3 0 -l4

θ θ1 θ2 +π/2 θ3 θ4

De la misma forma que en la Secci´on II-B, para efectos de simulaci´on se descompone T03 de (5), y a trav´es del vector de posici´on dn0 = (x40 , y04 , z04 )T (ver Ecuaci´on 6).

0.1

0.1

´ PAR AMETROS D ENAVIT-H ARTENBERG DE LA CADENA ´ CINEM ATICA DEL EXOESQUELETO Link i 1 2 3 4

En la Fig.7 se puede observar el espacio de trabajo generado por la pronaci´on-supinaci´on del antebrazo y los movimientos de flexi´on-extensi´on y abducci´on-aducci´on de la mu˜neca.

−0.2

(b)

0.2

0.3

Z

Espacio de trabajo de la mu˜neca

Este an´alisis da entrada a una propuesta cinem´atica del exoesqueleto, haciendo e´ nfasis en las restricciones de movimiento. ´ III. P ROPUESTA CINEM ATICA DEL EXOESQUELETO El modelo cinem´atico del exoesqueleto se basa principalmente en los movimientos del antebrazo y la mu˜neca. El modelo cinem´atico del exoesqueleto se puede visualizar en la Fig. 9, este modelo contempla 4 GdL, con movimientos principalmente en antebrazo y mu˜neca tal y como se consider´o en el modelo cinem´atico del antebrazo y la mu˜neca visto en la Secci´on II-B. Sin embargo, se a˜nade un grado de libertad m´as para una mayor flexibilidad en la movilidad y medici´on articular, se consider´o pasivo. Aplicando la metodolog´ıa de Denavit-Hartenberg se obtienen los par´ametros del modelo, los cuales, se pueden ver en la Tabla III.

x40 = l2 c1 + l3 s1 − l4 c3 s1 − l5 s1 s3 + l5 c1 c3 s2 − l7 c1 c2 s4 −l4 c1 s2 s3 + l7 c4 s1 s3 − l7 c1 c3 c4 s2 y04 = l2 s1 − l3 c1 + l4 c1 c3 + l5 c1 s3 − l7 c1 c4 s3 + l5 c3 s1 s2 −l7 c2 s1 s4 − l4 s1 s2 s3 − l7 c3 c4 s1 s2 z04 = l1 − l5 c2 c3 + l4 c2 s3 − l7 s2 s4 + l7 c2 c3 c4 (6) en donde ci = cos(θi ) y si = sin(θi ). Con la obtenci´on del vector d40 se puede evaluar la cinem´atica directa del exoesqueleto. Se realizaron tres evaluaciones cinem´aticas, en la primera se muestra el movimiento de flexi´on-extensi´on (ver Fig. 9(a)) en la segunda la abducci´on-aducci´on (ver Fig. 9(b)). La u´ ltima evaluaci´on corresponde a la posici´on del efector final con las variaciones de cada rango de movilidad de las articulaciones, con esto fue posible obtener el espacio de trabajo (ver Fig. 10); esta evaluaci´on se realiz´o mediante θ1 , θ3 y θ4 , no se utiliz´o θ2 ya que est´a solo permite una flexibilidad en todo el movimiento, la que consideramos importante y relevante para el dise˜no se encuentra en las articulaciones actuadas. A partir de este an´alisis se realiz´o una propuesta de un exoesqueleto de base fija que contempla los movimientos para el antebrazo y mu˜neca. IV.

˜ DEL EXOESQUELETO PARA REHABILITACI ON ´ D ISE NO

Con la validaci´on de la cadena cinem´atica del exoesqueleto, se presenta la propuesta de modelo mec´anico articulado del exoesqueleto que cuenta con 4 GdL, tres de estos se consideran completamente actuados y uno pasivo. Este u´ ltimo, como

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

5

Vista superior del modelo cinemático del exoesqueleto visualización de los movimientos de flexión−extensión

Vista lateral del modelo cinemático del exoesqueleto visualización de los movimientos de abducción−aducción

0.2 0.15 0.1

Movimientos de abducción−aducción (θ3)

0.2

Base fija y movimiento pronación−supinación (θ ) 1

Flexión−extensión

0.15

Movimientos de abducción−aducción (θ3) Base fija y movimiento pronación−supinación (θ ) 1

0.1 Abducción−aducción

0.05 X

0.05 0

Z

Articulación pasiva (θ2)

0

−0.05

−0.05

Efector final −0.1

−0.1

Movimiento de flexión−extensión (θ ) 4

−0.15 −0.2

Movimiento de flexión−extensión (θ4)

−0.15 −0.25

−0.2

−0.15

−0.1 Y

−0.05

0

0.05

−0.2

−0.25

(a) Fig. 9.

Articulación pasiva (θ2)

Efector final

−0.2

−0.15

−0.1 Y

−0.05

0

0.05

(b)

Evaluaci´on del modelo cinem´atico del exoesqueleto. (a) Movimiento de flexi´on-extensi´on. (b) Movimiento de abducci´on-aducci´on.

Vista superior del modelo cinemático del exoesqueleto visualización del espacio de trabajo con evaluación de θ1, θ3 y θ4 0.15

Movimientos de abducción−aducción (θ3) Base fija y movimiento Espacio 0.1 pronación−supinación (θ ) de trabajo 1

Y

0.05 0 Articulación pasiva (θ2)

−0.05 −0.1

Movimiento de flexión−extensión (θ4) Efector final

−0.25

Fig. 10.

−0.2

−0.15

−0.1 Z

−0.05

0

0.05

Espacio de trabajo con θ1 , θ3 y θ4 . Fig. 11.

ya se mencion´o, permite la flexibilidad en el dispositivo y de igual forma permite su medici´on angular al igual que las articulaciones restantes. La partes principales del dise˜no se muestran en la Fig. 11 , cabe mencionar que en este trabajo se muestra solo el an´alisis articular y una propuesta de dise˜no del exoesqueleto, le evaluaci´on de los materiales y la simulaci´on din´amica queda pendiente en trabajo a futuro. El modelo del exoesqueleto no es u´ nicamente el sistema rob´otico, se considera una silla ergon´omica en la cual se fija el exoesqueleto para mantener el codo en una posici´on de 90◦ y as´ı mismo mantener la postura del paciente. El punto inicial de movimiento del exoesqueleto est´a dado por la pronaci´on-supinaci´on que se encuentra en el antebrazo. En esta articulaci´on se consider´o el codo en flexi´on a 90◦ , con una base giratoria a trav´es de rodamientos internos y un actuador externo que provee de movimiento a trav´es de un pi˜non y una cadena, se considera que el actuador cuenta con la capacidad de realizar el movimiento de pronaci´on-supinaci´on y

Dise˜no del exoesqueleto del antebrazo y mu˜neca.

a su vez sostener los actuadores que realizan otros movimientos. La abducci´on aducci´on est´a dada por la articulaci´on que se encuentra sobre el eje principal de la mu˜neca (ver Fig. 12(b)), el cual transmite la movilidad a un segundo motor que se encuentra en la parte superior de la mu˜neca, el cual, permite el movimiento de aducci´on-abducci´on. Finalmente el conjunto de los movimientos es transmitido al efector final del exoesqueleto y al mismo tiempo a la mano que est´a en contacto directo al movimiento final. Cabe mencionar que se consideran diferentes formas de efector final para rehabilitaci´on, uno de los que se muestran es el de bola, el cual. consiste en una pelota de esponja y un guante de velcro, estos materiales permiten la adherencia para pacientes que sufren de una par´alisis total o parcial y que tienen su movilidad muy limitada.

´ XV COMROB 2013, FACULTAD DE ELECTROMECANICA, UNIVERSIDAD DE COLIMA, MANZANILLO, COLIMA, 1-4 OCTUBRE 2013

(a)

6

(b)

´ Fig. 12. Modelo articular y actuado del exoesqueleto. (a) Angulo de giro, al rededor de los ejes de movimientos.(b)Actuadores que transmiten los movimientos de flexi´on-extensi´on, aducci´on-abducci´on, pronaci´on-supinaci´on.

V.

R ESULTADOS Y CONCLUSIONES

En este art´ıculo, se presenta el an´alisis y dise˜no de un exoesqueleto para rehabilitaci´on de antebrazo y mu˜neca, considerando criterios cl´ınicos y antropom´orficos. El an´alisis de movimiento parte del an´alisis biomec´anico de la extremidad, considerando la movilidad del antebrazo y la mu˜neca. Estos movimientos comparten rangos de movilidad limitados, sin embargo son importantes para la mayor´ıa de las actividades de la vida diaria. Con el an´alisis de movilidad, fue posible realizar una representaci´on geom´etrica de la extremidad a trav´es de las articulaciones y rangos de movimiento. El an´alisis de movimiento cinem´atico se simplific´o mediante t´ecnicas utilizadas en rob´otica, con ayuda de la convenci´on de DenavitHartenberg. Se evaluaron os movimientos de la extremidad y con esto fue posible realizar la propuesta de movimiento del exoesqueleto. Del cual, tambi´en se present´o el an´alisis cinem´atico y su evaluaci´on de movimientos y espacio de trabajo. El modelo del exoesqueleto corresponde a un sistema de 4 GdL, con un grado de libertad pasivo, este se considera as´ı para una mayor flexibilidad en los movimientos del paciente. Con los an´alisis de movilidad tanto de la extremidad, como del exoesqueleto, se presenta el modelo del dise˜no asistido por computadora del exoesqueleto, considerando los posibles actuadores y el modo de transmisi´on de movimiento, as´ı como los sensores angulares a utilizar. El dispositivo est´a orientado a la estimulaci´on y movimiento activo y pasivo para que las terapias de rehabilitaci´on sean constantes, productivas y estimulantes para tener un pronta recuperaci´on. Cabe mencionar que este dispositivo fue creado con ayuda de los especialistas en rehabilitaci´on de la Universidad Polit´ecnica de Sinaloa, la fusi´on de disciplinas (Mecatr´onica y terapia f´ısica) se realiz´o primordialmente, para el desarrollo de dispositivos con la capacidad de proveer rehabilitaci´on a muchos de los problemas que se presentan durante la discapacidad. R EFERENCIAS [1]

INEGI, Mujeres y hombres en M´exico 2011, www.inegi.org.mx, 2012.

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10] [11]

Riener, R. and Nef, T. and Colombo, G., ”Robot-aided neurorehabilitation of the upper extremities,” Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Rehabilitation Engineering Group, Automatic Control Laboratory Zurich Switzerland Zurich Switzerland, Medical and Biological Engineering and Computing, Springer Berlin / Heidelberg, issn:0140-0118, 2005 Gopura, R. A R C; Kiguchi, Kazuo, ”Mechanical designs of active upper-limb exoskeleton robots: State-of-the-art and design difficulties,” Rehabilitation Robotics, 2009. ICORR 2009. IEEE International Conference on , vol., no., pp.178,187, 23-26 June 2009 doi: 10.1109/ICORR.2009.5209630 Rahman, M.H.; Saad, M.; Kenne, J.-P.; Archambault, P.S., ”Modeling and development of an exoskeleton robot for rehabilitation of wrist movements,” Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), 2010 IEEE/ASME International Conference on , vol., no., pp.25,30, 6-9 July 2010 doi: 10.1109/AIM.2010.5695839 Zhen Gang Xiao; Menon, C., ”Towards the development of a portable wrist exoskeleton,” Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2011 IEEE International Conference on , vol., no., pp.1884,1889, 7-11 Dec. 2011 doi: 10.1109/ROBIO.2011.6181565 Ju-hwan Bae; Inhyuk Moon, ”Design and control of an exoskeleton device for active wrist rehabilitation,” Control, Automation and Systems (ICCAS), 2012 12th International Conference on , vol., no., pp.1577,1580, 17-21 Oct. 2012 Pehlivan, A.U.; Sangyoon Lee; O’Malley, M.K., ”Mechanical design of RiceWrist-S: A forearm-wrist exoskeleton for stroke and spinal cord injury rehabilitation,” Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 2012 4th IEEE RAS & EMBS International Conference on , vol., no., pp.1573,1578, 24-27 June 2012 doi: 10.1109/BioRob.2012.6290912 Taboadela, Claudio H. ”Goniometr´ıa : una herramienta para la evaluaci´on de las incapacidades laborales,” 1a ed., Buenos Aires: Asociart ART, 2007, ISBN 978-987-9274-04-0 Kapandji, A.I. and Lacomba,”Fisiolog´ıa articular: Esquemas comentados de mec´anica articular. Hombro, codo, pronosupinacion, mu˜neca, mano,” M.T.,isbn:9788498350029,series: Fisiolog´ıa articular. Tomo 1. Hombro, codo, pronosupinaci´on, mu˜neca, mano,2006,Editorial M´edica Panamericana Mark W. Spong, ”Robot modeling and control”, Seth Hutchinson, M. Vidyasagar. Manuel Alejandro Lugo Villeda, ”Dise˜no rob´otico de un exoesqueleto pedi´atrico de miembro superior basado en criterios cl´ınicos y antropom´orficos para an´alisis de movimiento y rehabilitaci´on”,CINVESTAV, Unidad Saltillo 2013.pp.51,138.

Get in touch

Social

© Copyright 2013 - 2024 MYDOKUMENT.COM - All rights reserved.