Desarrollo de un exoesqueleto para rehabilitación de tobillo y rodilla / Development of an Exoskeleton for Ankle and Knee Rehabilitation

RESUMEN

Los exoesqueletos son sistemas electro-mecánicos acoplados a las extremidades del cuerpo humano enfocados al incremento de su fuerza, velocidad y rendimiento principalmente. Las principales aplicaciones son en la milicia, en la industria y en la medicina, en particular se pueden utilizar para la rehabilitación de las extremidades. En este artículo se presenta un exoesqueleto de dos grados de libertad para realizar ejercicios de rehabilitación en tobillo y rodilla. El diseño y construcción del exoesqueleto está basado en la instrumentación y control de una ortesis del miembro inferior derecho. El Exoesqueleto utiliza sensores que estiman la fuerza producida por el humano y se encuentran acoplados a los actuadores SEA (Series Elastic Actuator) que se utilizan para amplificar la fuerza humana. La amplificación de la fuerza puede aumentarse o disminuirse según se necesite, permitiendo al usuario una mejora evolutiva hasta llegar a la rehabilitación. Además mediante sensores se estima la posición y velocidad angular de las articulaciones, que se utilizan para controlar el movimiento de la pierna. En resumen, el objetivo perseguido es de contar con un diseño propio de bajo costo de un exoesqueleto que ofrezca una disminución en el esfuerzo requerido por el usuario para mantenerse en pie y hacer algunos ejercicios de rehabilitación estáticos independientes como flexionar y extender la pierna derecha o izquierda.

ABSTRACT

Exoskeletons are electro-mechanical systems coupled to the body limbs focused mainly in increasing strength, speed and performance. The main applications are in the military, industry and medicine, particularly used for the rehabilitation in the extremities. In this paper we presented a exoskeleton with two degrees of freedom for rehabilitation of ankle and knee. The design and construction are based on the instrumentation and control of a right lower limb orthoses. The Exoskeleton uses sensors that estimate the force produced by the human, these sensors are coupled in the SEA (Series Elastic Actuator) used for amplify human strength. The amplification strength can be increased or decreased as needed, allowing the user an evolutionary improvement to reach rehabilitation. The exoskeleton has sensors for estimated angular position and angular velocity of joints, which are used to control the leg movement. The goal is to design a low-cost exoskeleton that provides a reduction in the effort required by the user to remain in in a standing position and to do some static rehabilitation exercises such as flexion and extension of the legs.