Diseño de una órtesis activa de rodilla para la evaluación de algoritmos de asistencia robótica en sujetos hemiparéticos

Abstract

Campo Real Km 0.200 Arganda del Rey (Madrid), julio.lora@csic.es ResumenUna de las principales consecuencias del Ictus es la hemiparesia, enfermedad en la cual los pacientes pierden movilidad en las extremidades de un lado del cuerpo. A pesar de que existen multitud de sistemas de rehabilitación para estos pacientes, muchos de ellos siguen necesitando de dispositivos asistenciales para realizar distintas tareas en su vida diaria. En este documento presentamos el diseño de una órtesis activa de rodilla para el desarrollo y evaluación de algoritmos de asistencia robótica en estos pacientes. Concretamente, el prototipo presentado está completamente definido en cuanto a sensores y actuadores, así como los controladores de bajo nivel. Los controladores que se han implementado varían en el nivel de asistencia que aportan al usuario y han sido testeados en una prueba de concepto con un sujeto sano. Los resultados obtenidos con los distintos controles señalan que el prototipo aquí presentado puede ser utilizado como base para el desarrollo y evaluación de algoritmos más complejos de coordinación y asistencia.Palabras Clave: Órtesis activa de rodilla, exoesqueleto robótico monoarticular, controladores de bajo nivel, control de impedancia, hemiparesia. INTRODUCCIÓNCerca de 16 millones de personas al año sufren Ictus por primera vez, siendo la marcha hemiparética una de sus principales consecuencias [1]. Esta marcha se caracteriza por ser más lenta e ineficiente que la marcha de una persona sana [2], y a pesar de la rehabilitación, la mayoría de los supervivientes de Ictus mantienen déficits neuromotores que les impiden andar con normalidad [3]. Ejemplos típicos de trastornos neuromotores en pacientes hemiparéticos son debilidad muscular y espasticidad [4], coordinación motora deteriorada [5], y rangos de movimiento de dorso-flexión en tobillo y flexión en rodilla reducidos. Estos trastornos conllevan una disminución de la velocidad de la marcha y la aparición de mecanismos de compensación [6], así como el aumento del riesgo de caídas y un aumento del consumo metabólico [7]. Incluso aquellos pacientes capaces de alcanzar velocidades cercanas a la normalidad continúan manifestando ciertas secuelas que les suponen una disminución de su calidad de vida [8], [9]. Como respuesta a la demanda de equipos de rehabilitación que surge para paliar los hándicaps sufridos por estos pacientes, la rehabilitación robótica se postula como una alternativa a tener en cuenta frente a las terapias convencionales [10]. Es por ello que en los últimos años han surgido exoesqueletos y sistemas robóticos que pretenden rehabilitar a pacientes con marcha hemiparética. Debido a la naturaleza de esta patología, podemos encontrar tanto dispositivos bilaterales para terapia sobre suelo [11], como por ejemplo Ekso [12], Exo-H2 [13] o Hal-3 [14], o dispositivos montados sobre cinta rodante tales como Lokomat [15] o Lopes [16]; así como sistemas unilaterales [17] o monoarticulares [18], [19]. Si bien estos dispositivos han demostrado grandes beneficios para ...