Tesis:
Exoesqueletos robóticos para valoración y compensación funcional de marcha patológica.
- Autor: MORENO SASTOQUE, Juan Camilo
- Título: Exoesqueletos robóticos para valoración y compensación funcional de marcha patológica.
- Fecha: 2006
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: PONS ROVIRA, José Luis
- Director/a 2º: BARRIENTOS CRUZ, Antonio
- Resumen: Esta tesis doctoral se ha desarrollado en el marco del proyecto Europeo GAIT. El proyecto GAIT fue desarrollado con el principal objetivo de validar el concepto de compensación funcional y evaluación de marcha patológica mediante ortesis de miembro inferior. Para alcanzar este objetivo se ha definido una metodología de trabajo basado en una detallada revisión general del estado del arte de la bibliografía de la compensación de marcha patológica. En esta revisión crítica se analizan las carencias en el ámbito de las ayudas ambulatorias para asistir los trastornos de marcha y se sientan las bases para el futuro desarrollo del trabajo presentado en esta memoria de tesis. El trabajo de esta tesis intenta llenar estas carencias. Las principales aportaciones de este trabajo se presentan de manera resumida en los siguientes puntos: 1.- Presentación de una revisión general descriptiva del estado del arte en técnicas de compensación de la locomoción a partir de la cual se identifican las necesidades y retos tecnológicos dando prioridad a los aspectos de usuario, tales como la portabilidad, la estética y la facilidad de uso. 2.- Estudio de la cinemática del miembro inferior con medida en 2D y en 3D. Análisis de la viabilidad de estimación de variables biomecánicas y eventos de la marcha tanto para el control como la monitorización con exoesqueletos. 3.- Presentación del diseño y desarrollo de un exoesqueleto de miembro inferior. Se presenta el diseño del sistema de actuación biomimético para las articulaciones de rodilla y tobillo, según la caracterización del funcionamiento del sistema músculo esquelético durante la marcha normal. Presentación del análisis y definición de un sistema ambulatorio de control y monitorización del exoesqueleto de miembro inferior y del diseño y desarrollo de unidades de medida del movimiento de los segmentos del miembro inferior, basado en una configuración de giroscopios y acelerómetros 4.- Propuesta de un sistema de monitorización con exoesqueletos para la aplicación clínica. Se evalúan experimentalmente y mediante análisis estadístico las detecciones de diferentes actividades (sentarse, levantarse, subir o bajar escaleras y rampas, y caminar en terreno plano) mediante dos métodos de procesamiento de señal, que se basan en la diferenciación mediante dos índices discriminantes y se plantean y estudian métodos de detección de actividades cíclicas y de discriminación de actividades dinámicas y estáticas con el exoesqueleto. Se discute la capacidad de distinguir movimientos y posturas y el potencial de estos métodos en diferentes aplicaciones relacionadas con otro tipo de ayudas técnicas ambulatoria. 5.- Propuesta de un esquema de control intermitente de la rigidez articular en exoesqueletos de miembro inferior, alimentado mediante el sistema de medida inercial diseñad. Presentación del análisis de la respuesta del controlador seleccionado ante variaciones de velocidad en sujetos sanos, e introducción de mecanismos de ajuste ciclo a ciclo, como medida de seguridad ante fallos durante la marcha. Se presenta el análisis de la lógica borrosa como técnica de definición de modelos y reglas de inferencia. Presentación de la comparación de tres diferentes técnicas computacionales de identificación de modelos borrosos. 6.- Presentación de la evaluación de las estrategias de compensación de marcha planteadas en esta tesis, con ensayos experimentales desarrollados con dos versiones del exoesqueleto, integrando todos los sistemas descritos previamente. 7.- Propuesta de un protocolo mediante el cual se evalúa la compensación funcional de marcha en 2 pacientes con síndrome postpolio. El sistema de monitorización desarrollado, es utilizado como método de medida y objetivación de las medidas. Los métodos de análisis de la marcha muestran mejoras significativas en los patrones obtenidos en los dos sujetos, al aplicar la compensación de marcha con el exoesqueleto ambulatorio presentado en esta tesis. Se presenta un análisis crítico de los efectos inmediatos en la habilitación y mejora de la marcha con la ortesis, concluyendo los resultados prometedores y la definición de las bases del trabajo futuro en el desarrollo de exoesqueletos de asistencia a la marcha patológica. 8.- Definición de las limitaciones, requisitos e hitos en el campo de la robótica para que los dispositivos robóticos ambulatorios para la compensación de marcha superen el estatus de exoesqueletos de laboratorio. 10) Transferencia tecnológica de parte de los conocimientos generados en el marco de la tesis a la empresa privada. Esta transferencia ha dado origen a sensores del movimiento humano.