Diseño e implementación del sistema de instrumentación y comunicaciones de un exoesqueleto de extremidades inferiores
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Date
2019-04-16
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Abstract
The risk of injury to the locomotor system is common due to the physical activity to which
the lower extremities are subjected, whether in daily activities, recreation or competition. In
this sense, to prolong the motor independence of the individual within a normal life, rehabilitation
therapies are essentials in the maintenance and even in the improvement of motor skills.
Nowadays, there are many researches interested in solving and reduce these traumatological
limitations, under the scientific foundation and technology development, thus achieving the
exploration of robotic prototypes for assistance and rehabilitation called exoskeletons.
This research work offers an alternative to rehabilitation therapies based on a system of
instrumentation, control and communications of a robotic exoskeleton for lower extremities.
The instrumentation system is responsible for collecting the required information through the
communications network formed by the CAN protocol, so that the PID control scheme makes
decisions in reference to a trajectory extracted from subjects without pathologies. The design
and implementation of the device is applied to the left lower extremity and it has three degrees
of freedom corresponding to the joints of the hip, knee and ankle, which move in the sagittal
plane. In this first version, gearboxes of cycloidal and planetary type have been occupied to
increase the torque in the joints, the first being of greater relevance due to the increase in
the performance of the control. Future research will focus on improving transmission rates and
processing times.
Resumen
El riesgo de lesionar el aparato locomotor es común debido a la actividad física a la que
están sometidas las extremidades inferiores, ya sea en actividades cotidianas, de recreación o
de competición. En este sentido, para prolongar la independencia motora del individuo dentro
de una vida normal, las terapias de rehabilitación son primordiales en la mantención e incluso
en la mejora de las capacidades motoras. Hoy en día, existe un gran número de investigaciones
interesadas en solucionar y reducir estas limitaciones traumatológicas, bajo el fundamento
científico y desarrollo de tecnología, logrando así, la exploración de prototipos robóticos para
la asistencia y rehabilitación llamados exoesqueletos.
El presente trabajo ofrece una alternativa a las terapias de rehabilitación basado en un sistema
de instrumentación, control y comunicaciones de un exoesqueleto robótico para extremidades
inferiores. El sistema de instrumentación se encarga de recolectar la información requerida a
través de la red de comunicaciones formada por el protocolo CAN, para que el esquema de
control PID tome decisiones en alusión a una trayectoria extraída de sujetos sin patologías. El
diseño e implementación del dispositivo se aplica a la extremidad inferior izquierda y cuenta
con tres grados de libertad correspondientes a las articulaciones de la cadera, rodilla y tobillo,
las cuales se desplazan en el plano sagital. En esta primera versión se han ocupado cajas
reductoras de tipo cicloidal y planetario para aumentar el torque en las articulaciones, siendo
este primero de mayor relevancia por el aumento en el desempeño del control. Investigaciones
futuras se enfocarán en la mejora de tasas de transmisión y tiempos de procesamiento.
Keywords
Electrónica, Sistemas de comunicación, Telecomunicaciones, Sistemas de control, Biomecánica
Citation
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TET;80