Desarrollo de un exoesqueleto de extremidades inferiores para rehabilitación

Abstract

It is common that people present different types of motor disability caused by illness, accidents or congenital disabilities. This situation has led to the development of devices called exoskeletons to support people in their rehabilitation or in their daily activities. This thesis addresses the development of an non antrophomorphic exoskeleton of lower extremities to be used in the rehabilitation of adults. The developed exoskeleton uses a straight-line mechanism called the Peaucellier- Lipkin mechanism (P-L) as a base, composed of 8 bars and 6 joints. In one of the joints, a rotational actuator is inserted and by rotating it, the end of the mechanism describes a straight line path. The P-L mechanism extended to three degrees of freedom (GDL), allows that two bars can modify their length. In this way, straight and concave or convex paths can be generated and used for the movements of the legs of the exoskeleton. The exoskeleton uses 6 commercial servomotors: 4 linear and 2 rotational, plus 2 high-torque rotational servomotors developed, because there are not commercial servomotors with the required characteristics. By coordinating the motions of the servomotors the exoskeleton can generate trajectories of walking. This thesis focuses on the direct kinematics of the exoskeleton, the control of servomotors and the walking strategy using an Arduino microcontroller; as well as the development of a high torque servomotor (which was not possible to find in the market), composed of a direct current motor, an encoder and a microcontroller.

Es frecuente que las personas en la actualidad presenten distintos tipos de discapacidad motriz ocasionada por enfermedad, accidentes o discapacidades congénitas. Esta situación ha originado el desarrollo de dispositivos llamados exoesqueletos para apoyar a estas personas en su rehabilitación o en su actividad cotidiana. Esta tesis aborda el desarrollo de un exoesqueleto no antropomórfico de extremidades inferiores para ser utilizado en la rehabilitación de personas adultas. El exoesqueleto desarrollado utiliza como base un mecanismo de línea recta llamado mecanismo de Peaucellier-Lipkin (P-L), compuesto de 8 barras y 6 uniones o articulaciones. En una de las articulaciones se inserta un actuador rotacional y al hacerlo girar, el extremo del mecanismo describe una trayectoria de línea recta. El mecanismo de P-L se extiende a tres grados de libertad (GDL), permitiendo que dos de las barras puedan modificar su longitud, de manera que se pueden generar tanto trayectorias rectas como cóncavas o convexas, que pueden aprovecharse para los movimientos de las piernas del exoesqueleto. El exoesqueleto utiliza 6 servomotores comerciales: 4 lineales y 2 rotacionales, además de 2 servomotores rotacionales de alto par que fue necesario implementar, debido a que no se encontraron servomotores comerciales con las características requeridas. Al coordinar los movimientos de los servomotores el exoesqueleto puede generar trayectorias de caminado. Esta tesis se enfoca en la cinemática directa del exoesqueleto, el control de los servomotores y de la estrategia de caminado utilizando un microcontrolador arduino; así como el desarrollo de un servomotor de alto par (que no fue posible encontrar en el mercado) compuesto por un motor de corriente directa, un encoder y un microcontrolador.