Diseño de órtesis para rehabilitación de hombro empleando robots manejados por cables

Abstract

This project consists of the design of a shoulder rehabilitation device for people with joint mobility problems in the upper limbs due to different disorders, such as stroke. This disorders can result in the loss of control of a hemisphere of the body or sections of it as it generates neuronal disconnections between the brain and these sections. One of the strategies designed to alleviate the consequences of limitations in joint mobility due to disorders such as stroke is passive mobilization exercises. This therapeutic technique involves the movement of joint surfaces through a therapist or a device that involuntarily stimulates usually inactive muscles by inducing neuronal activation patterns. This design will focus on the recovery stage of the range of joint movement. The main problem in the realization of the design of this project was to perform the dimensional synthesis of the mechanism, for this, the evaluation of the workspace and the dimensional optimization based on a better kinematic performance was carried out through an optimization method called Genetic Algorithm. Kinematic analysis of the proposed mechanism was necessary to evaluate the control of the mechanism in terms of the desired arm control. For this, the positions of the mechanism were obtained as a function of the positions of the upper limbs, and the different kinematic variables were determined. Also, a model based on the D'Alembert principle was developed to determine the forces required by the system to obtain the desired movements. Once determined, we proceeded to the selection of actuators, the details drawings, the location of these actuators and finally, determine the required cable length.

Este proyecto consiste en el diseño de un dispositivo de rehabilitación de hombro para personas con problemas de movilidad articular en extremidades superiores debido a diferentes trastornos, como los Accidentes cerebro-vasculares (ACV). Estos pueden traer como consecuencia la pérdida del control de un hemisferio del cuerpo o secciones de este ya que genera desconexiones neuronales entre el cerebro y estas secciones. Una de las estrategias ideadas para aliviar las consecuencias de limitaciones en la movilidad articular debido a trastornos como el ACV, son los ejercicios de movilización pasiva. Esta es una técnica terapéutica que consiste en el movimiento de las superficies articulares a través de un terapeuta o un dispositivo que estimule involuntariamente músculos normalmente inactivos induciendo patrones de activación neuronal. Este diseño se enfocará en la etapa de recuperación de la amplitud del movimiento articular. El problema principal en la realización del diseño de este proyecto consistió en realizar la síntesis dimensional de nuestro mecanismo, para ello, se evaluó el espacio de trabajo deseado y se buscó optimizar los parámetros dimensionales del mecanismo en función de obtener el mejor rendimiento cinemático a través de un método de optimización llamado “Algoritmo genético”. El análisis cinemático del mecanismo planteado fue necesario para evaluar el control del mecanismo en términos de un control deseado del brazo. Para ello, se obtuvieron las posiciones del mecanismo en función de las posiciones del miembro superior y así, se determinaron las diferentes variables cinemáticas y se consideró un modelo basado en el principio de D’Alembert con el propósito de determinar las fuerzas que requería nuestro sistema para obtener los movimientos deseados. Una vez determinadas, se procedió a la selección de actuadores, se realizaron los planos de detalles, a la ubicación de estos actuadores y por último, determinar la longitud de cable requerido.