RESUMO
ABSTRACT This work presents the design, analysis and implementation of a mechatronic System focused on helping to improve Rehabilitation therapies to patients affected by some Radial Nerve Injuries (SYRR-NERI). The device was developed with the aim of finding simple solutions for the different subsystems that form the SYRR-NERI. The mechatronic system basically consists of two coupled four-bar mechanisms with a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller in their respective drive motors to regulate the rotational velocity. In addition, each mechanism has touch sensors in order to limit its movement. The implementation of the control algorithm and the logic to perform the synchronized movements is performed by a microcontroller. The result is an affordable and functional prototype which needs to be tested in real situations with the help of physiotherapists and patients to obtain the necessary information to improve its performance.
RESUMEN Este trabajo presenta el diseño, análisis e implementación de un sistema mecatrónico enfocado en ayudar a mejorar las terapias de rehabilitación para pacientes afectados por algunas lesiones del nervio radial. El dispositivo fue desarrollado tratando de proponer soluciones sencillas para los diferentes subsistemas que integran el dispositivo. El sistema mecatrónico consiste básicamente en dos mecanismos acoplados de cuatro barras con un controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) en sus respectivos motores impulsores para regular la velocidad angular. Además, cada mecanismo tiene sensores táctiles para limitar el movimiento. La implementación del algoritmo de control y de la lógica para realizar los movimientos sincronizados se lleva a cabo mediante un microcontrolador. El resultado es un dispositivo económicamente accesible y funcional que tiene por objetivo ser probado en situaciones reales y, con la ayuda de fisioterapeutas y pacientes, obtener la información necesaria para mejorar su desempeño.
RESUMO
Resumen: La discapacidad motora es un problema a nivel mundial y según el censo 2010 del INEGI, en México, las personas con problemas de movilidad representan el 58.3 % de la población con discapacidad. Para afrontar esta problemática, han surgido dispositivos robóticos para rehabilitación que permiten realizar terapias con precisión, eficiencia, reducción de esfuerzos físicos y la oportunidad de realizarlas en grupo. Sin embargo, estos dispositivos no pueden igualar la movilidad de los miembros a rehabilitar y su adaptación a la antropometría mexicana es limitada. En este artículo se presenta el diseño de un exoesqueleto enfocado a la población adulta mexicana con pérdida parcial de movilidad en el hombro. El objetivo es desarrollar un exoesqueleto capaz de generar los 3 movimientos básicos del hombro (flexión-extensión, abducción-aducción y rotación interna-externa), considerando las medidas antropométricas de la población objetivo. Para el diseño del prototipo se utiliza una adaptación de la metodología de diseño mecatrónico de robots. El diseño propuesto es validado cinemáticamente mediante simulaciones numéricas en Matlab® y en ADAMS™, comprobando el rango de movilidad de cada articulación. Además, se realiza el análisis de elemento finito para cuantificar los esfuerzos y las deformaciones en el exoesqueleto, verificando la selección de materiales para su manufactura.
Abstract: The motor disability is a problem at the global level and according to the census 2010 from INEGI, in Mexico, people with mobility problems represent 58.3 % of the population with disabilities. To face this problem, robotic devices for rehabilitation have emerged which allow to perform therapies with accuracy, efficiency, reduction of physical efforts and the opportunity to perform them in group. However, these devices may not match the mobility of the members to rehabilitate and their adaptation to the mexican anthropometry is limited. In this article, the design of an exoskeleton focused on the Mexican adult population with partial loss of mobility in the shoulder is presented. The objective is to develop an exoskeleton capable of generating the 3 basic movements of the shoulder (flexion-extension, abduction-adduction and internal-external rotation) considering the anthropometric measurements of the target population. For the design of the prototype, an adaptation of the mechatronic design methodology for robots is used. The proposed design is validated kinematically through numerical simulations in Matlab® and ADAMS™, the numerical results prove the range of mobility of each exoskeleton joint. Moreover, a finite element analysis is carried out to quantify the stress and strain levels in the exoskeleton, verifying the selection of materials for its manufacture.