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Facultades y Dependencias / Facultad de Ingeniería / EIEE

Grupo de Investigación en Control Industrial (GICI)

 Proyectos de Investigación  
Proyectos
Marcha asistida con un exoesqueleto
Marcha asistida con un exoesqueleto: Evaluación y ajuste de la interfaz de usuario
Marcha asistida con un exoesqueleto: plataforma caminadora

 

En curso: 

Marcha asistida con un exoesqueleto. 

Objetivo: Concebir e implementar algoritmos de control de un exoesqueleto de miembros inferiores que permita el equilibrio y la marcha asistida de personas con movilidad reducida. 

Descripción: En Colombia cerca de un 3% de personas están en situación de discapacidad con problemas para moverse o caminar. Las lesiones en las articulaciones tienen implicaciones económicas debido a los largos periodos de recuperación y consecuencias sociales si la rehabilitación no es la adecuada. Como la mayoría de los procesos de rehabilitación se realizan de forma manual interesa el desarrollo de sistemas de soporte a la marcha en el proceso de rehabilitación. La tecnología robótica puede enseñar a las personas que tienen lesiones en los miembros inferiores o en la médula espinal a caminar y a realizar otras actividades musculares que de otro modo serían imposibles. 

Este proyecto busca asistir a un humano durante la marcha con un exosqueleto artificial de miembros inferiores. A partir de los principios fundamentales de la marcha humana se espera comprender su dinámica y la del equilibrio; usando el modelado de sistemas no lineales multi-cuerpos, las teorías de control y de estabilidad, se desarrollarán e implementarán sistemas de supervisión y control con interacción hombre-máquina para: la generación y seguimiento de trayectorias en las articulaciones que repliquen los patrones normales de la marcha, la regulación que garantice el equilibrio durante la marcha y la supervisión del entorno a partir de la visión artificial. 

La investigación se orienta hacia los aspectos de la ingeniería biomédica relacionados con el manejo de discapacidades en el sistema musculo-esquelético, que incluye modelado, control y análisis de estabilidad durante la marcha, así como el uso de un exoesqueleto de miembros inferiores para apoyar la marcha. Desde el punto de vista médico, la investigación se relaciona con las áreas de ortopedia y rehabilitación. 

A futuro se espera generar teorías y contribuciones tecnológicas en la coordinación humano-exoesqueleto para apoyar la marcha humana, que permitan desarrollar ayudas de movilidad para personas parapléjicas, hemipléjicas o con alguna discapacidad, con las que puedan realizar tareas de marcha en diferentes ambientes y así mejorar su calidad de vida. 

Entidades Financiadoras:
Colciencias
Universidad del Valle 

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Marcha asistida con un exoesqueleto: Evaluación y ajuste de la interfaz de usuario

Objetivo: Evaluar y ajustar la interfaz de usuario diseñada para un exoesqueleto de miembros inferiores.

Descripción: La interfaz de usuario es concebida como una aplicación software, útil y de fácil manejo para el personal de salud, tomando en cuenta posibilidades tecnológicas, las necesidades de los pacientes, falencias de los procesos actuales en rehabilitación y posibles aportes del exoesqueleto en el reentrenamiento, evaluación y seguimiento de actividades motoras.

La herramienta software fue diseñada en JAVA con la ayuda de NetBeans IDE 6.8 y cuenta con las siguientes características:

  • Permite el ingreso y consulta de registros de pacientes mediante una base de datos creada con MySQL server 5.0.
  • Comunicación con el sistema de procesamiento principal en el modo cliente servidor.
  • Monitoreo y registro de variables del exoesqueleto obtenidas por la instrumentación.
  • Estrategias de biofeedback.

La interfaz diseñada para el exoesqueleto cuenta con tres módulos: Módulo 1. Historia Clínica del Paciente, Módulo 2. Configuración, Programación, Monitoreo y Biofeedback, y Módulo 3. Mantenimiento.

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Entidades Financiadoras:
Universidad del Valle

Marcha asistida con un exoesqueleto: plataforma caminadora

Objetivo: Concebir e implementar una plataforma para terapia de marcha asistida con un exoesqueleto de miembros inferiores.

Descripción: Las sesiones de terapia de marcha son mejoradas mediante el uso de plataformas caminadoras, que permiten largas sesiones de marcha sin la necesidad de grande espacios para caminar. Sin embargo, esto usualmente somete al paciente a tener que seguirle el paso a velocidades constantes, lo que puede ser difícil para pacientes con ciertas patologías limitantes de la locomoción, como accidentes cerebro-vasculares o lesiones de columna. Con esto en mente, aquí se presenta el desarrollo de un sistema de control electrónico para la sincronización de velocidad de un paciente durante sesiones de terapia de marcha hechas sobre una caminadora eléctrica, que es electrónicamente controlada por una tarjeta de adquisición de datos y un computador; la posición del paciente es medida a través de visión artificial usando un sensor Kinect. Esto permite que el paciente cambie su velocidad de marcha sin salirse del area de la banda caminadora. Este trabajo está orientado en el aspecto de la ingeniería biomédica del desarrollo de sistemas del soporte y terapia de discapacidades musculares y esqueléticas en humanos. Desde el punto de vista médico, este trabajo de investigación y desarrollo se relaciona con la ortopedia y rehabilitación física.


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Entidades Financiadoras:
Universidad del Valle

Finalizados:

Exoesqueleto para Rehabilitación Asistida de Pacientes con Pérdida Parcial o Completa del Movimiento de los Miembros Inferiores. Fase 1: Equilibrio. 

Objetivo: Diseñar y construir un exoesqueleto con torso de soporte, cadera y rodillas accionadas, con dos piernas de igual longitud, con tobillo y pies de apoyo, para mantener el equilibrio de gran desviación.

Video: http://www.youtube.com/watch?v=44kfDJPmjfc

Descripción: El exoesqueleto a construir consistirá de una órtesis adecuada a la condición de discapacidad de la persona que cubre la pierna y un sistema de control (con controlador, actuadores y sensores) adjunto a él. Este dispositivo será capaz en primera instancia, de mantener el equilibrio en pie del exoesqueleto adherido a un maniquí, manipulando los actuadores de la cadera y las rodillas y usando pies de apoyo. Se definirán los requerimientos de diseño del exoesqueleto a partir de los rangos de movimiento, la velocidad y el torque de la articulación los cuales dependen de los movimientos que se requieran desarrollar. El tamaño se ajustará a la antropometría de los pacientes colombianos, con peso y consumo de energía bajos, actuadores y trasmisiones mecánicas eficientes.

El exoesqueleto consta de sensores de ángulo que medirán las posiciones angulares de la cadera y la rodilla, sensores de fuerza pegados sobre la base de los pies que indicarán las fuerzas de reacción. Estas señales serán procesadas por una unidad de procesamiento de datos, luego serán enviadas a un microcontrolador que es el responsable de calcular el movimiento deseado y enviar la señal de control apropiada a un amplificador PWM, quienes energizarán motores de alta eficiencia y alto desempeño dinámico, que moverán las articulaciones. También se desarrollará supervisión y análisis para una correcta valoración del terapeuta o fisiatra. 

En un futuro el objetivo es desarrollar un exoesqueleto capaz de darle movilidad y estabilidad a un paciente parapléjico o hemipléjico para desarrollar tareas de marcha en diferentes ambientes o pueda brindar apoyo de fuerza para que un individuo con alguna discapacidad sea capaz de ejecutar ciertos movimientos y así mejorar su calidad de vida. 

Entidades Financiadoras:
Colciencias
Universidad del Valle 

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Diseño y Construcción de un Exoesqueleto para Rehabilitación Asistida de Pacientes con Lesiones de Rodilla. 

Objetivo: Diseñar y construir un exoesqueleto para mejorar función de la articulación de la rodilla en pacientes que requieran asistencia por pérdida parcial o completa del movimiento ya sea transitoria o permanente. 

Descripción: El exoesqueleto a construir consistirá de una órtesis y una estructura mecánica que cubre la pierna y un sistema de control (con controlador, actuador y sensores) adjunto.  El exoesqueleto constará de un sensor que medirá la posición angular de la articulación, un sensor de fuerza que indicará el torque medido y electrodos electromiográficos (EMG) que indicarán la intención de movimiento. Estas señales serán analizadas por una unidad de procesamiento de datos y luego serán enviadas a un microcontrolador que será el responsable de calcular el movimiento deseado y enviar la señal de control apropiada a un amplificador pwm, el cual energizará  a un motor que moverá la articulación a través de una transmisión mecánica, de acuerdo a los requerimientos definidos en la terapia. Se usará una interfaz a través de un computador para la evaluación y mando del prototipo. Se evaluará su desempeño dinámico y clínico. 

En un futuro, la idea es desarrollar un exoesqueleto capaz de darle movilidad y estabilidad a un paciente parapléjico para desarrollar tareas de marcha en diferentes ambientes, para ello se desarrollará un exoesqueleto de 6 articulaciones (cadera, rodilla y tobillo).

Entidad Financiadora:
Universidad del Valle

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Mayor información

Grupo de Investigación en Control Industrial

Coordinador: José Miguel Ramírez Scarpetta, Ph.D.
e_mail: jose.ramirez@correounivalle.edu.co
Edificio 353
Ciudad Universitaria- Meléndez
Teléfonos 57 2 3391780 Ext. 112
A.A. 25360 Universidad del Valle.
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