Modelo dinámico de un sistema de actuación por cables para control de pelvis en rehabilitación de la marcha

Jorge Muñoz; Pablo Romero Sorozabal; Eduardo Rocon de Lima

doi:10.17979/ja-cea.2024.45.10961

Autores/as

Jorge Muñoz CSIC
Pablo Romero CSIC
Eduardo Rocon CSIC https://orcid.org/0000-0001-9618-2176

DOI:

https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45.10961

Palabras clave:

Modelado, Métodos de identificación y control, Mecatrónica humana y robótica, Robótica, Tecnología robótica

Resumen

En las últimas décadas, el desarrollo de plataformas robóticas para la asistencia y rehabilitación ha cobrado gran relevancia debido a su capacidad para proporcionar entrenamiento controlado y generar datos precisos sobre el desempeño del paciente. A pesar de la abundancia de robots de rehabilitación para adultos, aún son escasos los dispositivos diseñados específicamente para niños y prácticamente inexistentes para bebés.
Este artículo presenta el modelo dinámico del módulo de la pelvis del sistema Discover2Walk (D2W), una innovadora plataforma modular de rehabilitación de la marcha para niños con parálisis cerebral que emplea actuadores accionados por cables. El análisis considera un sólido rígido suspendido por cuatro cables y sometido a la acción de la gravedad, abordando el cálculo de las tensiones instantáneas en los cables y su impacto en la dinámica del sólido. Esta versión inicial del modelo permitirá entender el comportamiento del sistema, además de sentar las bases para un modelado más detallado y preciso, imprescindible para diseñar estrategias de rehabilitación y asistencia a la marcha, realizar simulaciones o diseñar controladores.

Citas

Bayón, C., Raya, R., Lara, S. L., Ramírez, O., Serrano, I., Rocon, E., 2016. Robotic therapies for children with cerebral palsy: A systematic review. Transl Biomed 7 (1), 1–10. DOI: 10.21767/2172-0479.100044 DOI: https://doi.org/10.21767/2172-0479.100044

Bayón, C., Raya, R., Lerma-Lara, S., Ram´ırez, O., Serrano, I., Rocon, E., 2017. Development and evaluation of a novel robotic platform for gait rehabilitation in patients with cerebral palsy: Cpwalker. Rob Auton Syst 91, 101–114. DOI: 10.1016/j.robot.2016.12.015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.robot.2016.12.015

Chen, X., Ragonesi, C., Galloway, J. C., Agrawal, S. K., 2011. Training toddlers seated on mobile robots to drive indoors amidst obstacles. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 19 (3), 271–279. DOI: 10.1109/TNSRE.2011.2114370 DOI: https://doi.org/10.1109/TNSRE.2011.2114370

Delgado-Oleas, G., Romero-Sorozabal, P., Lora-Millan, J., Gutierrez, A., Rocon, E., 2023. Bioinspired hierarchical electronic architecture for robotic locomotion assistance: Application in exoskeletons. IEEE Access 11, 131610–131622. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3336003 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3336003

Delgado-Oleas, G., Romero-Sorozabal, P., Lora-Millan, J., Gutierrez, A., Rocon, E., Apr. 2023. Diseño y desarrollo de una arquitectura electrónica bioinspirada para el control de sistemas de asistencia a la locomoción. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 20 (3), 293– 302. DOI: 10.4995/riai.2023.18748 DOI: https://doi.org/10.4995/riai.2023.18748

Gassert, R., Dietz, V., 2018. Rehabilitation robots for the treatment of sensorimotor deficits: a neurophysiological perspective. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 15 (1), 1–15. DOI: 10.1186/S12984-018-0383-X DOI: https://doi.org/10.1186/s12984-018-0383-x

Jezernik, S., Colombo, G., Keller, T., Frueh, H., Morari, M., 2003. Robotic orthosis lokomat: A rehabilitation and research tool. Neuromodulation: Technology at the Neural Interface 6 (2), 108–115. DOI: 10.1046/j.1525-1403.2003.03017.x DOI: https://doi.org/10.1046/j.1525-1403.2003.03017.x

Kang, J., Martelli, D., Vashista, V., Martinez-Hernandez, I., Kim, H., Agrawal, S. K., 2017. Robot-driven downward pelvic pull to improve crouch gait in children with cerebral palsy. Sci Robot 2 (July), 1–12. DOI: 10.1126/scirobotics.aan2634 DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.aan2634

Lerner, Z. F., Damiano, D. L., Bulea, T. C., 2017. A lower-extremity exoskeleton improves knee extension in children with crouch gait from cerebral palsy. Sci Transl Med 9 (404), 1–11. DOI: 10.1126/scitranslmed.aam9145 DOI: https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aam9145

Martin, J. H., Chakrabarty, S., Friel, K. M., 2011. Harnessing activitydependent plasticity to repair the damaged corticospinal tract in an animal model of cerebral palsy. Dev Med Child Neurol 53 (Suppl 4), 9–13. DOI: 10.1111/j.1469-8749.2011.04055.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2011.04055.x

Miller, D. P., Fagg, A. H., Ding, L., Kolobe, T. H. A., Ghazi, M. A., 2015. Robotic crawling assistance for infants with cerebral palsy. In: Artificial Intelligence Applied to Assistive Technologies and Smart Environments: Papers from the 2015 Association for the Advancement of Artificial Intelligence Workshop. pp. 36–38.

Palomino-Díaz, V., Romero-Sorozábal, P., Delgado-Oleas, G., Martín, C., 2021. Diseño conceptual de una plataforma robótica para ayudar a que los niños con paralisis cerebral descubran como caminar. In: XII Simposio CEA de Bioingeniería. Vol. 83.

Pott, A., 2010. An Algorithm for Real-Time Forward Kinematics of Cable-Driven Parallel Robots. Springer Netherlands, pp. 529–538. Pott, A., 2018. Cable-driven parallel robots: Theory and application. Vol. 120. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-76138-1 DOI: https://doi.org/10.1007/978-90-481-9262-5_57

Romero Sorozabal, P., Delgado-Oleas, G., Gutierrez, A., Rocon, E., 2023. Individualized three-dimensional gait pattern generator for lower limbs rehabilitation robots. In: IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). Singapore. DOI: https://doi.org/10.1109/ICORR58425.2023.10304753

Veneman, J. F., Kruidhof, R., Hekman, E. E. G., Ekkelenkamp, R., Van Asseldonk, E. H. F., Van Der Kooij, H., 2007. Design and evaluation of the lopes exoskeleton robot for interactive gait rehabilitation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 15 (3), 379–386. DOI: 10.1109/TNSRE.2007.903919 DOI: https://doi.org/10.1109/TNSRE.2007.903919