ES1096032U - Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurable - Google Patents
Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurableInfo
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Abstract
1. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, que se puede llevar y reconfigurable, caracterizado porque comprende: una plataforma de base orientada hacia la pierna del usuario, una plataforma móvil orientada hacia el pie del usuario, un elemento de conexión que conecta la plataforma de base y la plataforma móvil, un elemento de articulación que conecta el elemento de conexión a la plataforma de base. 2. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de articulación es una articulación reconfigurable, que comprende dos ejes de articulación donde un primer eje es tangencial a la placa de base mientras que el segundo eje es perpendicular a la placa de base, en el que en posición desbloqueada la articulación reconfigurable puede rotar libremente alrededor de los dos ejes. 3. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende una serie de articulaciones de revolución que funcionan como articulación universal rotando sobre dichos ejes deseados, cuando la articulación reconfigurable está desbloqueada. 4. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende unos medios de bloqueo aptos para bloquear el segundo eje de rotación, de manera que cuando el segundo eje de articulación está bloqueado, la articulación reconfigurable se limita a funcionar como articulación de revolución, que puede rotar sólo alrededor del primer eje. 5. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de conexión comprende una unidad de accionamiento y un elemento móvil. 6. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una unidad de control y al menos dos sensores. 7. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo puede proporcionar modos de ejercicio pasivo, activo, asistido y resistivo. 8. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según la reivindicación 7, caracterizado porque dispone de medios aptos para implementar túneles virtuales y campos de fuerzas en el interior de estos túneles en el dispositivo para permitir la práctica segura con los modos asistido o resistivo. 9. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según la reivindicación 8, dispone de medios para combinarse con juegos de realidad virtual. 10. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además un controlador de posición robusto con observadores de par de torsión. 11. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de conexión comprende una unidad (6) de accionamiento y un elemento móvil, donde la unidad de accionamiento es apta para mover el elemento móvil. 12. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según la reivindicación 11, caracterizado porque la unidad de accionamiento es un motor eléctrico y el elemento móvil es al menos un eslabón extensible. 13. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una articulación esférica que une el elemento de conexión con la plataforma móvil. 14. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la articulación universal y las articulaciones esféricas están separadas 120º a lo largo de la circunferencia de la plataforma de base y la plataforma móvil, respectivamente.
Description
Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurable.
La presente invención se refiere a un dispositivo de exoesqueleto sin fijación a una base, reconfigurable, basado en mecanismos paralelos, con realimentación de fuerzas, para el tobillo humano. La utilización principal del dispositivo está prevista como máquina de
10 entrenamiento de equilibrio/propiocepción, aunque el dispositivo de exoesqueleto también puede emplearse para adaptarse a ejercicios de rango de movimiento (RoM, range of movement)/fortalecimiento. Este dispositivo también se utiliza para ejercicios de articulaciones metatarsofalángicas.
15 El objetivo de la rehabilitación es recuperar las capacidades físicas, sensoriales y neuronales del paciente que se vieron afectadas debido a una enfermedad o lesión. La rehabilitación del tobillo es necesaria normalmente después de un esguince de tobillo, una de las lesiones más comunes en deportes y en la vida diaria [1]. También se experimentan pérdidas de capacidad funcional, capacidad para aguantar peso y
20 estabilidad de articulación en el tobillo después de lesiones neurológicas como consecuencia de un ictus y deformidad por contractura como consecuencia de enfermedades cerebrovasculares. Los ejercicios de fisioterapia son indispensables para recuperar el rango de movimiento (RoM) de la articulación, para ayudar a volver a fortalecer los músculos para aguantar peso, para favorecer un mejor sentido de la
25 posición de articulación (propiocepción), para garantizar la integridad neuronal y para recuperar el equilibrio dinámico.
La rehabilitación de una lesión de tobillo se aborda generalmente en tres fases de ejercicio secuenciales [2], [3]. Los ejercicios en la fase inicial se centran primero en 30 permitir un RoM completo de la articulación y a continuación fortalecer los músculos del tobillo. Una vez que se logra el RoM y la flexibilidad requeridos y los músculos se vuelven lo suficientemente fuertes para aguantar parte del peso sin producir dolor, puede iniciarse la fase intermedia de la terapia, que se centra en la mejora de la capacidad de propiocepción empleando ejercicios de equilibrio estático. En la fase final de la terapia, se
35 practican ejercicios dinámicos más avanzados.
Los dispositivos de rehabilitación tradicionales utilizados para asistir en la fisioterapia son equipos pasivos simples, tales como bandas elásticas y mecanismos de bombeo para la rehabilitación del tobillo para ejercicios de fortalecimiento y estiramiento; tablas de equilibrio y rodillos de espuma para ejercicios de propiocepción y equilibrio. Los ejercicios 5 de RoM se realizan generalmente de manera manual por un terapeuta. A pesar de que estos tipos de equipos son simples y rentables con coste fijo, estos dispositivos tradicionales carecen de medios para recopilar mediciones cuantitativas del progreso del paciente, monitorizar el historial del paciente para su reevaluación, y lograr protocolos de tratamiento interactivos personalizados. Los terapeutas deben asumir la carga física de la
10 terapia de movimiento y proporcionar al paciente toda su atención mientras se ejercita con estos dispositivos.
Actualmente se realizan ejercicios de rehabilitación mediante la ayuda de los dispositivos robóticos. La asistencia de ejercicios de rehabilitación física repetitivos utilizando
15 dispositivos robóticos no sólo ayuda a eliminar la carga física de la terapia de movimiento para los terapeutas, sino que también disminuye los costes relacionados con la aplicación. Además, la terapia de rehabilitación a través de robot permite mediciones cuantitativas del progreso del paciente y puede utilizarse para realizar protocolos de tratamiento interactivos personalizados.
20 Los efectos beneficiosos de los protocolos de rehabilitación asistidos por robot se han demostrado durante ensayos clínicos de terapia convencional en la literatura [4]. Reconociendo la necesidad de dispositivos de rehabilitación asistidos por robot para la fisioterapia para el tobillo, se han propuesto diversos diseños hasta la fecha. Girone et al.
25 propusieron una interfaz de realimentación de fuerzas, denominada tobillo de Rutgers, basada en la plataforma de Stewart [5]. En [6], se implementó un protocolo de entrenamiento interactivo basado en realidad virtual utilizando el tobillo de Rutgers para rehabilitación ortopédica. El sistema se estudió además [7] y [8] a través de diversos estudios de casos. La rehabilitación de tobillo a distancia en casa se abordó en [9],
30 mientras que en [10] el sistema se extendió a una configuración de plataforma de Stewart doble para su utilización en la rehabilitación y simulación de la marcha.
En [11], Dai et al. propusieron otro dispositivo robótico para tratar lesiones de esguince de tobillo. A diferencia del diseño de la plataforma de Stewart, este dispositivo avanza 35 precisamente los suficientes grados de libertad (gdl) para abarcar el espacio de trabajo de orientación del tobillo humano. El análisis cinetostático presentado en esta referencia
resaltó la importancia de emplear un poste central para lograr mayor rigidez para el dispositivo. En [12], Agrawal et al. propusieron una ortesis de pie-tobillo para la rehabilitación asistida por robot y presentaron el análisis cinemático y el control del mecanismo propuesto. De manera similar, en [13] Roy et al. propusieron Anklebot para
5 ayudar en la recuperación de la función del tobillo. Este dispositivo puede utilizarse
también para medir la rigidez del tobillo, que es un importante factor biomecánico para la
locomoción.
Syrseloudis y Emiris estudiaron el RoM traslacional y rotacional del tobillo y el pie
10 humano a través de experimentos en sujetos humanos, y concluyeron que un mecanismo de trípode paralelo con un eje rotacional adicional en serie es el diseño cinemático más relevante para seguir la cinemática del pie relacionada con el tobillo humano [14]. En [15] Yoon y Ryu propusieron un dispositivo de almohadilla para el pie basado en un mecanismo paralelo de 4 gdl híbrido y presentaron el análisis cinemático del dispositivo
15 novedoso. En [3] y [16], este trabajo se amplió para permitir la reconfiguración del dispositivo para soportar diversos modos de ejercicio distintos.
Es por tanto un objetivo de la invención proporcionar un dispositivo que presente un diseño reconfigurable. Su implementación es simple y el dispositivo puede construirse
20 ensamblando piezas disque se pueden llevar comercialmente. Debido a su capacidad de reconfiguración, el dispositivo permite tanto ejercicios de rango de movimiento de RoM/fortalecimiento como ejercicios de equilibrio/propiocepción.
25 Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo puede abarcar todo el rango complejo del tobillo humano para ejercicios de RoM/fortalecimiento. El dispositivo puede soportar el peso humano durante ejercicios de equilibrio/propiocepción. También se permiten ejercicios de articulaciones metatarsofalángicas por medio del
30 diseño reconfigurable de la placa de base.
Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo puede utilizarse como herramienta de medición clínica. Los movimientos, fuerzas e impedancias a nivel de la articulación del tobillo pueden determinarse para asistir en los diagnósticos.
Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo es ergonómico, permite todo el rango de movimiento del tobillo humano. El dispositivo es ligero y que se puede llevar; por tanto, es portátil. El dispositivo es intrínsecamente seguro debido a la elección de sus actuadores.
5 Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo presenta un rendimiento de control mayor que dispositivos similares debido a su estructura cinemática paralela y ancho de banda optimizado.
10 Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo soporta movimientos complejos del pie y no se limita a un único grado de libertad como es el caso en muchos diseños existentes.
Según una forma de realización de la presente invención, el dispositivo está programado
15 para guiar o asistir al paciente o aplicar una resistencia para el mismo durante la terapia física y está implementado con un sistema informático. Los niveles de asistencia y resistencia son ajustables mediante software. El dispositivo puede programarse también para estimar parámetros de articulación del tobillo, tales como el tono y la impedancia del tobillo.
20 Los aspectos del dispositivo según la presente invención se refieren a robots de rehabilitación, rehabilitación asistida por robot, dispositivos para terapia física, exoesqueletos con realimentación de fuerzas, interfaces hápticas para tratamiento médico, dispositivos de medición clínicos, sistemas de rehabilitación para el tobillo,
25 ortesis de tobillo, dispositivos de rehabilitación para la fisioterapia para el tobillo, dispositivos para evaluar la función del tobillo, determinación de la impedancia del tobillo.
Breve descripción de los dibujos
30 La figura 1 es una vista en perspectiva del dispositivo;
la figura 2 es una vista lateral del dispositivo en configuración 3UPS;
la figura 3 es una vista en perspectiva del dispositivo cuando se comporta como un 35 mecanismo 3RPS; la figura 4 es una vista en perspectiva del dispositivo cuando se comporta como un mecanismo 3UPS (el eslabón del medio representa el pie y el tobillo humano);
la figura 5 es una vista en perspectiva del elemento de articulación utilizado en el
5 dispositivo en posición desbloqueada;
la figura 6 es una vista en perspectiva del elemento de articulación utilizado en el dispositivo en posición bloqueada;
10 la figura 7 es un diagrama de bloques del controlador de posición robusto con observador de par de torsión de reacción;
15 La siguiente descripción de las formas de realización preferidas es simplemente a modo de ejemplo y de ningún modo pretende limitar la invención, su aplicación o utilizaciones.
Un dispositivo (1) de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo que comprende;
20 una plataforma móvil (2) orientada hacia el pie del usuario,
una plataforma de base (3) orientada hacia la pierna del usuario,
un elemento de conexión (4) que conecta la plataforma de base (3) y la plataforma móvil 25 (2).
El dispositivo (1) de exoesqueleto comprende además un elemento de articulación (5) que conecta el elemento de conexión (4) a la plataforma de base (3). Mediante la ayuda de dicho elemento de articulación (5), el dispositivo (1) de exoesqueleto puede soportar
30 dos tipos de ejercicio diferentes, concretamente ejercicios de RoM/fortalecimiento y ejercicios de equilibrio/propiocepción independientemente entre sí. El elemento de articulación (5) puede estar selectivamente en modos diferentes. En la forma de realización preferida de la invención cambia entre una articulación universal y una articulación de revolución.
En la forma de realización preferida de la invención, el elemento de conexión (4) está conectado a la plataforma móvil (2) mediante la utilización de articulaciones esféricas.
La articulación del tobillo puede modelarse como una cadena cinemática en serie
5 espacial con dos articulaciones de revolución (RR, revolute joint) concretamente una
articulación superior del tobillo y una articulación subtalar. La articulación superior del
tobillo soporta el movimiento de dorsiflexión/plantarflexión mientras que la articulación
subtalar soporta el movimiento de supinación/pronación rotacional. La rotación de
supinación/pronación es un movimiento complejo que presenta componentes tanto de
10 inversión/eversión como de abducción/aducción.
La cadena cinemática utilizada en la forma de realización preferida de la invención es la cadena cinemática cerrada (mecanismo paralelo). Dicha cadena cinemática cerrada sirve como exoesqueleto y permite y soporta los movimientos naturales de las articulaciones
15 humanas cuando el usuario lleva puesto el dispositivo (1). La cadena cinemática cerrada ofrece diseños compactos con rigidez alta y presenta una inercia efectiva baja. Los actuadores de las cadenas cinemáticas cerradas pueden estar fijados a una base o situarse en partes del mecanismo que experimentan aceleraciones bajas.
20 La cadena cinemática cerrada utilizada en esta invención puede utilizarse como al menos dos mecanismos diferentes mediante la ayuda del elemento de articulación (5). Gracias a este hecho, el dispositivo (1) consigue la propiedad de ser reconfigurable. En la realización preferida de la invención puede utilizarse como mecanismos 3UPS (universal, prismático, esférico) y 3RPS (de revolución, prismático, esférico) independientemente
25 entre sí.
En la forma de realización preferida de la invención, el elemento de articulación (5) es la articulación reconfigurable que puede utilizarse selectivamente en las posiciones desbloqueada o bloqueada. En posición desbloqueada, la articulación reconfigurable (5) 30 puede rotar libremente alrededor de dos ejes (A, B). El primer eje (A) es tangencial a la placa de base (3) mientras que el segundo eje (B) es perpendicular a la placa de base (3). Cuando la articulación (5) está desbloqueada, una serie de articulaciones de revolución funcionan como articulación universal rotando sobre dichos ejes deseados. Cuando el segundo eje de articulación (B) está bloqueado, la articulación reconfigurable 35 (5) se limita a funcionar como articulación de revolución, que puede rotar sólo alrededor
del primer eje (A). Por tanto, la articulación reconfigurable (5) permite reconfigurar un mecanismo 3UPS en un mecanismo 3RPS, y viceversa.
El elemento de conexión (4) comprende básicamente una unidad (6) de accionamiento y
5 un elemento móvil (7). La unidad (6) de accionamiento puede aplicar la fuerza necesaria sobre el elemento móvil (7), de modo que el elemento móvil (7) pueda moverse. En la realización preferida de la invención, la unidad (6) de accionamiento es un motor eléctrico mientras que el elemento móvil (7) es al menos un eslabón extensible.
10 En el caso en el que la cadena cinemática cerrada se utiliza como mecanismo 3UPS, la articulación reconfigurable (5) está en posición desbloqueada, en otras palabras puede rotar sobre los ejes deseados (A, B), se comporta como una articulación universal. Además, la pierna del usuario se comporta como eslabón central del mecanismo, en otras palabras el tobillo del usuario pasa a ser un elemento del mecanismo. En la
15 realización preferida de la invención, el mecanismo es un mecanismo 3UPS simétrico en el que la articulación universal (5) y las articulaciones esféricas están separadas 120º a lo largo de la circunferencia de la plataforma de base (3) y la plataforma móvil (2). Cuando el usuario lo lleva puesto, el mecanismo 3UPS unido al tobillo humano presenta dos grados de libertad (gdl) correspondientes a un movimiento acoplado de la plataforma
20 móvil (2) con respecto a la plataforma de base fija (3). Las longitudes de los eslabones extensibles (7) se accionan para controlar estos gdl. La plataforma móvil (2) está a una distancia z de la plataforma de base (3) y no presenta movimiento traslacional transversal al eje vertical a través de la base (2). Incluso cuando el usuario es completamente pasivo, el mecanismo 3UPS de dos gdl presenta tres articulaciones accionadas; por tanto, es un
25 mecanismo redundante. Esta redundancia puede aprovecharse para aumentar el espacio de trabajo efectivo del dispositivo (1), puesto que la resolución de singularidades se vuelve viable en el caso en el que el dispositivo (1) aproxima las singularidades dentro del espacio de trabajo.
30 En el caso en el que la cadena cinemática cerrada se utiliza como mecanismo 3RPS, la articulación reconfigurable (5) está en posición bloqueada, en otras palabras se impide el movimiento rotacional de la articulación (5) sobre el segundo eje (B). La articulación reconfigurable (5) se comporta como una articulación de revolución y sus ejes de rotación están orientados a lo largo de las tangentes de la plataforma de base (3). La plataforma
35 de base (3) está unida a la mitad superior de la pantorrilla de la pierna a través de una articulación de revolución pasiva para permitir las rotaciones internas/externas del pie. En la realización preferida de la invención, el mecanismo es un mecanismo 3RPS simétrico en el que las articulaciones de revolución (5) y las articulaciones esféricas están separadas 120º a lo largo de la circunferencia de la plataforma de base (3) y la plataforma móvil (2). El mecanismo 3RPS presenta tres gdl correspondientes a la altura
5 z. Las longitudes de los eslabones extensibles (7) se accionan para controlar estos gdl.
La plataforma móvil (2) presenta movimiento traslacional limitado transversal al eje
vertical a través de la base (3) y sin singularidades para valores limitados de los ángulos
de articulación de revolución.
10 Cuando la cadena cinemática cerrada está en el modo 3UPS, el dispositivo (1) puede emplearse como dispositivo de ejercicio de RoM/fortalecimiento mientras que en el modo 3RPS (1) puede emplearse como dispositivo de ejercicio de equilibrio/propiocepción.
Los acoplamientos entre el dispositivo (1) de exoesqueleto y el usuario están diseñados
15 para ser elásticos para garantizar la seguridad y para permitir desalineamientos de articulación e imperfecciones de modelado pequeños. La elasticidad permite el movimiento relativo de la extremidad humana con respecto al dispositivo (1) cuando la cinemática del dispositivo (1) está en conflicto con el movimiento natural del tobillo.
20 En una forma de realización de la invención, el peso del dispositivo (1) se distribuye por el muslo y la mitad superior de la pantorrilla utilizando correas apretadas alrededor de la rodilla.
En otra forma de realización de la invención, el peso del dispositivo (1) puede distribuirse 25 por el cuerpo suspendiendo el dispositivo (1) desde el hombro del usuario.
El dispositivo (1) de exoesqueleto comprende además una unidad de control (no mostrada en las figuras) y al menos dos sensores (no mostrados en las figuras). Uno de los sensores mide la longitud del elemento de conexión (4) mientras que el segundo 30 sensor mide la cantidad de rotación axial del elemento de articulación (5). Los datos medidos de los elementos se procesan mediante la unidad de control para calcular la configuración del dispositivo (1) y estimar las fuerzas que actúan sobre el mismo (1). En particular, la cinemática directa del dispositivo (1) se utiliza para calcular la configuración de la plataforma móvil (2), mientras que la dinámica del dispositivo (1) se utiliza con un
35 observador de par de torsión de reacción implementado en software para estimar las fuerzas que actúan sobre el mismo (1).
Para estimar los parámetros de tobillo, deben conocerse las longitudes de eslabón (7) de la cadena cinemática junto con los ejes de rotación de las articulaciones de revolución. La determinación de las longitudes óseas del usuario es relativamente sencilla ya que 5 pueden estudiarse las imágenes de rayos x del tobillo para lograr estimaciones razonablemente precisas. Sin embargo, la determinación de los ejes de rotación supone un desafío puesto que el movimiento del tobillo depende del tamaño y la orientación de los huesos del pie, y la forma de las superficies articuladas. Sólo pueden obtenerse estimaciones de trayectoria de los ejes de articulación estudiando las imágenes de rayos
10 x. Se desean estimaciones más precisas de los ejes de articulación para estudiar el movimiento de tobillo y tales estimaciones resultan posibles gracias a los datos recopilados con el exoesqueleto.
Dadas unas adecuadas estimaciones de las longitudes óseas, los ejes de rotación de las
15 articulaciones de revolución del tobillo humano pueden determinarse ordenando al usuario que realice movimientos de RoM libres y recopilando los datos de posición de los eslabones extensibles (7) y preferentemente tres sensores de rotación situados en el elemento de articulación (5). A medida que los datos están disque se pueden llevar, se resuelve la cinemática directa a nivel de configuración del mecanismo 3UPS para las
20 configuraciones de plataforma móvil (2) en cada instante de tiempo. Una vez registradas las configuraciones del pie, se resuelve la cinemática inversa a nivel de configuración del manipulador de dos eslabones RR con desconocimiento de los ejes de articulación de revolución (que representan el tobillo humano) para los ejes de articulaciones de revolución y la cantidad de rotación alrededor de estos ejes.
25 Dada la cinemática directa e inversa a nivel de configuración y movimiento del sistema 3UPS-RR acoplado (el exoesqueleto acoplado al tobillo humano) y sólo las propiedades dinámicas del dispositivo (1) de exoesqueleto, puede implementarse un controlador de posición robusto con un observador de par de torsión de reacción para caracterizar las
30 propiedades dinámicas del tobillo. En particular, empleando un controlador de posición robusto, el dispositivo (1) de exoesqueleto puede ordenar al tobillo que siga una trayectoria deseada, mientras que las fuerzas de perturbación debidas a la dinámica desconocida del tobillo pueden estimarse durante este movimiento. En la implementación del controlador, las fuerzas debidas a la dinámica conocida del dispositivo (1) de
35 exoesqueleto se añaden al sistema en un modo de avance para garantizar que la perturbación que actúa en el sistema se debe únicamente a la dinámica desconocida del tobillo. Bajo un control de este tipo, las fuerzas controladas por el controlador van a contrarrestar la dinámica no modelada del tobillo. Por tanto, las fuerzas de actuador pueden correlacionarse con los pares de torsión de articulación en el tobillo y, asumiendo que todas las demás perturbaciones son pequeñas en comparación, estos pares de
5 torsión proporcionan una estimación próxima de los pares de torsión de articulación reales debido a la dinámica del tobillo.
El dispositivo (1) de exoesqueleto puede proporcionar modos de ejercicio pasivo, activo, asistido y resistivo. Pueden implementarse túneles virtuales y campos de fuerzas en el
10 interior de estos túneles para permitir la práctica segura con asistencia o resistencia.
Puesto que el dispositivo (1) en configuración 3UPS permite todos los movimientos posibles del tobillo dentro de su rango completo, es posible utilizar el dispositivo (1) para mediciones clínicas. En primer lugar, el dispositivo puede utilizarse para determinar el 15 rango de movimiento del paciente. Cuando el paciente mueve el tobillo, el dispositivo puede medir y anotar el historial de tiempo de este movimiento (la trayectoria). Dado el historial de tiempo medido de los movimientos, es posible determinar con qué rapidez completa el paciente un movimiento, la cantidad de error implicado con respecto a una trayectoria de referencia y la suavidad/intermitencia de estos movimientos. Puesto que se
20 conoce la cinemática del dispositivo (1), también es posible correlacionar los cambios de configuración medidos con las rotaciones de la articulación del tobillo. Esta capacidad permite una medición de la orientación, la velocidad y la suavidad de los movimientos de la articulación del tobillo. La coordinación y sinergias de los movimientos de articulación también pueden detectarse a partir de estas mediciones.
25 Tal como se explicó anteriormente, empleando un controlador de posición robusto y ordenando al dispositivo (1) de exoesqueleto que siga una trayectoria deseada, pueden estimarse las fuerzas de perturbación debidas a la dinámica desconocida del tobillo durante este movimiento. Estas fuerzas también pueden correlacionarse con los pares de
30 torsión de articulación en el tobillo utilizando la cinemática del tobillo. Esta técnica de medición puede utilizarse para determinar los pares de torsión de articulación máximos que el paciente puede ejercer, la impedancia y el tono del tobillo del paciente, para cualquier configuración del tobillo. En particular, si la ganancia del controlador de posición robusto se ajusta para permanecer en cualquier configuración de referencia y se pide al
35 paciente que aplique el par de torsión máximo en las articulaciones del tobillo, entonces las fuerzas de perturbación que actúan en el controlador pueden correlacionarse con los pares de torsión de articulación para estimar los pares de torsión de articulación del tobillo humano sobre los ejes relevantes. Finalmente, dada una trayectoria de referencia especificada previamente para el controlador de posición robusto, los pares de torsión de articulación pueden estimarse en cada instante de tiempo y la relación entre la rotación
5 de articulación y los pares de torsión de articulación pueden utilizarse para estimar la impedancia y/o el tono del tobillo.
En otra realización de la invención, el dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, que se puede llevar y reconfigurable, puede
10 combinarse con juegos de realidad virtual.
La descripción de la invención se proporciona simplemente a título de ejemplo y, por tanto, está previsto que las variaciones que no se aparten de la esencia de la invención entren dentro del alcance de la invención. Tales variaciones no han de considerarse
15 como una desviación del espíritu y alcance de la invención.
Referencias empleadas en la Fig. 7:
20 7.2 – Controlador de posición
7.4 – Dinámica acoplada del sistema de exoesqueleto humano 3UPS-RR
7.5 – Observador de par de torsión de reacción.
Claims (12)
- REIVINDICACIONES1. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, que se puede llevar y reconfigurable, caracterizado porque comprende:una plataforma de base orientada hacia la pierna del usuario,una plataforma móvil orientada hacia el pie del usuario,10 un elemento de conexión que conecta la plataforma de base y la plataforma móvil,un elemento de articulación que conecta el elemento de conexión a la plataforma de base.15 2. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de articulación es una articulación reconfigurable, que comprende dos ejes de articulación donde un primer eje es tangencial a la placa de base mientras que el segundo eje es perpendicular a la placa de base, en el que en posición desbloqueada la articulación reconfigurable puede rotar20 libremente alrededor de los dos ejes.
- 3. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende una serie de articulaciones de revolución que funcionan como articulación universal rotando sobre25 dichos ejes deseados, cuando la articulación reconfigurable está desbloqueada.
- 4. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende unos medios de bloqueo aptos para bloquear el segundo eje de rotación, de manera que cuando el30 segundo eje de articulación está bloqueado, la articulación reconfigurable se limita a funcionar como articulación de revolución, que puede rotar sólo alrededor del primer eje.
- 5. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a unabase según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el 35 elemento de conexión comprende una unidad de accionamiento y un elemento móvil.
- 6. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una unidad de control y al menos dos sensores.5 7. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo puede proporcionar modos de ejercicio pasivo, activo, asistido y resistivo.
- 8. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una10 base según la reivindicación 7, caracterizado porque dispone de medios aptos para implementar túneles virtuales y campos de fuerzas en el interior de estos túneles en el dispositivo para permitir la práctica segura con los modos asistido o resistivo.
- 9. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una15 base según la reivindicación 8, dispone de medios para combinarse con juegos de realidad virtual.
- 10. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque20 comprende además un controlador de posición robusto con observadores de par de torsión.
- 11. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el25 elemento de conexión comprende una unidad (6) de accionamiento y un elemento móvil, donde la unidad de accionamiento es apta para mover el elemento móvil.
- 12. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a unabase según la reivindicación 11, caracterizado porque la unidad de accionamiento es un 30 motor eléctrico y el elemento móvil es al menos un eslabón extensible.
- 13. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una articulación esférica que une el elemento de conexión con la plataforma35 móvil.
- 14. Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, sin fijación a una base según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la articulación universal y las articulaciones esféricas están separadas 120º a lo largo de la circunferencia de la plataforma de base y la plataforma móvil, respectivamente.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201330590U ES1096032Y (es) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurable |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES201330590U ES1096032Y (es) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurable |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| ES1096032U true ES1096032U (es) | 2013-12-18 |
| ES1096032Y ES1096032Y (es) | 2014-03-11 |
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ID=49679248
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|---|---|---|---|
| ES201330590U Expired - Fee Related ES1096032Y (es) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Dispositivo de exoesqueleto de medición y terapia para el tobillo, reconfigurable |
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|---|---|
| ES (1) | ES1096032Y (es) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104983547A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-10-21 | 哈尔滨天愈康复医疗机器人有限公司 | 一种三自由度可穿戴式脚踝康复医疗机器人 |
| CN106813638A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-09 | 吉林大学 | 一种3rps并联机器人几何参数辨识方法 |
-
2013
- 2013-05-15 ES ES201330590U patent/ES1096032Y/es not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104983547A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-10-21 | 哈尔滨天愈康复医疗机器人有限公司 | 一种三自由度可穿戴式脚踝康复医疗机器人 |
| CN106813638A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-09 | 吉林大学 | 一种3rps并联机器人几何参数辨识方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES1096032Y (es) | 2014-03-11 |
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Legal Events
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