Integración de Un Sistema Robótico de Terapia Ocupacional para Extremidades Superiores con Estimulación Visual/Táctil de Los Pacientes / Integration of an Occupational-Therapy Robotic System for Upper Limbs with Visual/tactile Stimulation of Patients

Resumen: Los ejercicios tradicionales de rehabilitación de extremidades superiores tienen como objetivo principal recuperar la fuerza o rango de movimiento del área lesionada de los pacientes. Una opción alternativa que se ha presentado en los últimos años es el uso de interfaces hápticas, las cuales han mostrado ser herramientas potenciales en el apoyo de las terapias de rehabilitación. En este artículo se presenta un sistema de rehabilitación háptico de movimientos finos en extremidades superiores, cuya característica principal es que los usuarios del sistema pueden interactuar de forma visual y táctil con objetos virtuales mezclados con escenarios reales logrando con ello un ambiente de realidad aumentada. El sistema fue probado en dos etapas, ambas con sujetos que presentaban un grado de discapacidad en extremidades superiores. Los datos recopilados fueron trayectorias seguidas, errores de seguimiento y la actividad muscular obtenida por medio de electromiografía; esta información recolectada permitió analizar de forma cuantitativa el grado de avance de los pacientes. Además, se consideraron las valoraciones hechas por fisioterapeutas, concluyendo que el sistema propuesto puede ser utilizado como una herramienta viable que complementa a las terapias de rehabilitación convencionales.

Abstract: Traditional upper limb rehabilitation exercises are primarily aimed at regaining the strength or range of motion of the patients' injured area. An alternative option that has been presented in the last years is the use of haptic interfaces, which have shown their potential as tools that support rehabilitation therapies. This article presents a haptic system of rehabilitation for fine upper limb movements, whose main characteristic is that users of the system can interact in a visual and tactile fashion with virtual objects mixed with real scenarios, thereby achieving an augmented reality environment. The system was tested in two stages, both with subjects who had a degree of disability in upper limbs. The data collected were followed trajectories, follow-up errors and the muscular activity obtained by means of electromyography; the collected information enabled the analysis, in a quantitative way, of the degree of progress of the patients. In addition, the assessments made by physiotherapists were considered, concluding that the proposed system can be used as a viable complementary tool for conventional rehabilitation therapies.

Desarrollo de una Prótesis para Desarticulado de Muñeca Controlada por Señales de Electromiografía / Development of a Myoelectric-Controlled Prosthesis for Transradial Amputees

RESUMEN En este trabajo se presenta el desarrollo y puesta en operación de una prótesis robótica para pacientes amputados con desarticulado de muñeca. Esta prótesis consiste en un prototipo de impresión 3D que tiene dos grados de libertad que permiten realizar tareas de sujeción de tipo pinza, así como la orientación de objetos mediante los movimientos de pronación y supinación. Para el control de la prótesis se utilizan dos clasificadores de manera independiente: un clasificador bayesiano implementado en la plataforma Arduino y una red neuronal artificial implementada en el software MATLAB®; ambos realizan la clasificación de los movimientos mediante la adquisición, procesamiento y extracción de índices característicos de la señal de electromiografía. El clasificador bayesiano y la red neuronal artificial obtuvieron, respectivamente, una eficiencia de 97% y 100%, lo que muestra que los índices característicos seleccionados son adecuados para realizar la clasificación de señales de electromiografía propuesta. Se logró la creación de una prótesis mioeléctrica completamente funcional que, al ser elaborada con tecnología de impresión 3D, representa una alternativa de bajo costo a aquellas ofrecidas actualmente en el mercado.

ABSTRACT In this paper, the development and operation of a robotic prosthesis for transradial amputees is presented. This prosthesis consists in a 3D-printed prototype with two degrees of freedom, allowing the user to perform grip tasks and to orientate objects through pronation and supination movements. Two classifiers were used independently to control the prosthesis: a bayesian classifier implemented in an Arduino device and an artificial neural network implemented in MATLAB® software; both classify movements through the acquisition, processing and extraction of features from the electromyography signal. The bayesian classifier and the artificial neural network achieved an efficiency of 97% and 100%, respectively, which shows that the extracted features were suitable for the proposed electromyography classification. A completely functional 3D-printed myoelectric prosthesis was achieved, and it represents a low-cost alternative to those existent in the current market.