RESUMO
ABSTRACT: The Exoskeleton for Lower Limb Training with Instrumented Orthosis (ELLTIO) is a mechatronic device that can be used to assist in passive kinesitherapy to increase human muscles strength and resistance [1]. This paper presents an alternative for passive rehabilitation process using an exoskeleton for knee and ankle. The main idea is assist a pro fessional physiotherapist in the design and performance of exercises routines for his patients using the prototype. The knee and ankle joint's movements are recorded and storage during the exercises to propose a similar computer generated trajectories which the exoskeleton on should follow. An adaptive controller is implemented to track the trajectories and adapt the user parameters.
RESUMEN: El exoesqueleto para el entrenamiento de miembros inferiores con órtesis instrumentada (ELLTIO) por sus siglas en ingles "Exoskeleton for Lower Limb Training with Instrumented Orthosis" es un dispositivo mecatrónico que se puede utilizar para ayudar en la fisioterapia pasiva para aumentar la fuerza y resistencia de los músculos humanos. En este trabajo se presenta una alternativa para el proceso de rehabilitación pasiva utilizando un exoesqueleto de rodilla y tobillo. La idea principal es ayudar a un fisioterapeuta profesional en el diseño y ejecución de rutinas de ejercicios para sus pacientes utilizando el prototipo. Los movimientos de la articulación de la rodilla y el tobillo se registran y se almacenan durante los ejercicios para proponer trayectorias similares generadas por computadora que el exoesqueleto debe seguir. Se implementa un controlador adaptativo para rastrear las trayectorias y adaptar los parámetros del usuario.
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.
