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7/26/2019 LA ROBTICA EN LA DISCAPACIDAD. DESARROLLO DE LA PRTESIS DIESTRA DE EXTREMIDAD INFERIOR MANUS-HA

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LA ROBTICA EN LA DISCAPACIDAD. DESARROLLO DE LA PRTESIS DIESTRA DEEXTREMIDAD INFERIOR MANUS-HAND.

R. Ceres, J. L. Pons, L. Caldern y J. Moreno

Grupo de BioingenieraInstituto de Automtica Industrial- CSIC

Arganda del Rey (Madrid)

Resumen: La discapacidad y el envejecimiento plantean a las sociedades actualesuna serie de necesidades que deben ser cubiertas con soluciones personales ycolectivas adecuadas para mantener un mnimo bienestar. Actualmente est aceptadoel papel primordial de la ciencia y la tecnologa como pilares para la mejora de lasactividades humanas y la autonoma personal (Assistive Technologies oTecnologas de Rehabilitacin o de Apoyo). La robtica en este sentido comienza ajugar un rol fundamental en las diferentes actividades del hombre y muyespecialmente en lo relacionado con la movilidad y la manipulacin.En este trabajo, se analizan de forma general estos sistemas robticos de apoyo y surelacin con el usuario. A continuacin se presenta, como resultado de un proyectoeuropeo (MANUS-HAND) el diseo y el desarrollo de una prtesis de mano de altamovilidad, modular y con efectos de realimentacin, todo ello con el fin de ofrecernuevas posibilidades de reintegracin social y profesional a personas conamputaciones.El trabajo plantea enfoques complementarios; por una parte, el sistema de controlest basado en el empleo de seales mioelctricas, adaptadas a la capacidad residualde cada usuario; los movimientos de los dedos estn coordinados segn cuatromodos globales de agarre, potenciados con la realimentacin sobre el amputadomediante sensores de fuerza y salida por vibracin, cubriendo as un 90% de lashabilidades naturales de manipulacin. Desde el punto de vista mecnico se hadesarrollado de una estructura especfica con tres dedos activos en flexo-extensin yprono-supinacin de mueca, incluyendo para ello diferentes tipos de actuadores(motores DC y ultrasnico) gobernados con un solo canal EMG y estando todo ellocontrolado por una arquitectura electrnica distribuida y jerarquizada.Una plataforma de entrenamiento y de evaluacin de las capacidades de cada usuariocompleta el sistema, permitiendo as personalizar la prtesis al adaptar losparmetros de la misma a las capacidades residuales y mioelctricas del amputado.El sistema ha sido probado siguiendo un protocolo ad hoc con amputados,demostrando la validez de los conceptos desarrolados en el proyecto. Copyright 2008 CEA-IFAC

Palabras Clave: Prtesis, robtica, discapacidad, rehabilitacin.

1. INTRODUCCIN

Las limitaciones de la actividad humana comoconsecuencia de diferentes tipos de deficiencias

especficas o de las asociadas comnmente alenvejecimiento estn siendo objeto de una respuestasocial creciente. Esto se debe por una parte a lasimportantes cifras de poblacin afectada y por otra a

http://riai.isa.upv.esISSN: 1697-7912. Vol. 5, Nm. 2, Abril 2008, pp. 60-68


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una mayor sensibilidad y disposicin de recursospara estos fines.En la actualidad est universalmente admitido que laciencia y la tecnologa constituyen uno de los pilarespara el sostenimiento de los sistemas de atencinsocial a estas personas, tanto a nivel individual comocolectivo. Efectivamente, el desarrollo de una serie

de disciplinas tales como la electrnica, lainformtica, los nuevos sensores y actuadores y larobtica, estn permitiendo concebir y elaborar todoun conjunto de soluciones tecnolgicas para paliarestas deficiencias y conseguir un mayor grado deautonoma personal.As se ha venido configurando un cuerpo de doctrinaque tradicionalmente se ha denominado tecnologasde rehabilitacin y que en cierto modo ha sidoasimilado a procesos temporales de recuperacinfuncional y en cierto contexto mdico. A raz delestudio HEART (AA.VV., 1994), en un movimientode extensin hacia contextos de mayor consideracindel entorno social, en ciertos sectores haevolucionado a las llamadas AssistiveTechnologies, que en castellano se ha asimilado enbuena medida por Tecnologas de Apoyo a laDiscapacidad o simplemente Tecnologas de Apoyo.

2. DFICIT, ACTIVIDADES Y MODOS DECOMPENSACIN FUNCIONAL. SUSTITUCIN

Y POTENCIACIN

Las limitaciones que generan discapacidad puedenser carencias o disfunciones de rganos o sistemascorporales que impiden desarrollar normalmente lasdiferentes tareas que engloban las actividadeshumanas ya sean laborales, sociales o de ndolepersonal (alimentacin, aseo, esparcimiento). Estasdeficiencias pueden ser por su origen fsicas,sensoriales o neurolgicas, generando otrasmanifestaciones por acciones concomitantes.Los dispositivos de compensacin funcional que sedesarrollan vienen a mejorar o sustituir las carenciasparciales o totales del rgano en cuestin. Astendremos dispositivos de accin potenciadora(muleta, lentes pticas) o bien sustitutiva oalternativa (bastn de ciego). Desde el punto de vistadel grado de interrelacin con el usuario, se puedendistinguir tres tipos de ayudas tcnicas: personales,generales y ambientales. Los primeros sondispositivos, adaptados y ligados a la persona(prtesis de extremidad inferior), mientras que losgenerales, aunque pueden presentar diversasconfiguraciones son intercambiables y no estnasociados a una persona en particular; es el caso delos andadores o de las sillas de ruedas. Finalmente loselementos ambientales forman parte del entrono yson utilizados por numerosas personas incluso almismo tiempo (indicadores acsticos interactivos,semforos, localizadores).

Partiendo en buena medida de la Norma UNE ISO-EN 9999 se distinguen diferentes tipos dedispositivos atendiendo a la naturaleza de funciones acompensar. A continuacin enumeran estasfunciones, apuntando ciertas tcnicas utilizadas:

- Orientacin. Autolocalizacin, deteccin eindicacin de obstculos, metas y caminos(GPS, sistemas inerciales, detectores locales porIR, US, RF).

- Percepcin. Prtesis auditivas, SSV (sistemassustitutivos de la visin), dispositivos acstico-tctiles alternativos.

-

Comunicacin, relacin y cognicin. Lenguajessintticos y pictograficos (Bliss, PIC)gestionados por computador, editorespredictivos, lneas Braille-PC, entrenadorescognitivos (Gradior).

- Adaptacin de entorno. Elementos de control deentorno (domsticos, personales) y devigilancia, comunicacin y asistencia local oremota.

- Movilidad, y- Manipulacin.

Estas dos ltimas funciones se analizan acontinuacin.

3. SISTEMAS ROBTICOS PERSONALES DEMOVILIDAD Y MANIPULACIN.

Si bien las tcnicas indicadas en los primeros puntosanteriores hacen uso de estrategias activas depercepcin, planificacin de trayectorias, IA y otraspropias de la robtica, sin embargo se distinguen dosfunciones personales muy ligadas al movimiento, quepor su propia naturaleza y la de los dispositivosartificiales que requieren, se puede afirmar queforman parte del mundo de la robtica; estasfunciones son la movilidad y la manipulacin.

Figura 1. Ortesis GAIT.

3.1. Movilidad.

En el mundo de la discapacidad, los problemas de

movilidad tienen una etiologa muy diversa. As,ciertos colectivos presentan disfunciones sensoriales(deficientes visuales) que pueden afectar gravementea la movilidad por problemas de captacin yorientacin espacial. Otros colectivos presentan

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limitaciones fsicas por problemas oseoarticulares,musculoesquelticos (poliomelitis) o amputacionesde extremidades inferiores. Finalmente es importantetambin sealar los trastornos del sistema nerviosocentral (parlisis cerebral) o las enfermedadesneurodegenerativas (esclerosis mltiple) que incidenmuy negativamente en la movilidad.

Los problemas apuntados son diversos y por lo tantotambin los sistemas robticos de apoyo. Tal como seha sealado anteriormente hacemos una distincinentre dispositivos personales y generales.Los primeros hacen referencia a todo el conjunto deortoprtesis, en los que podemos a su vez diferenciardos grupos, los sustitutivos y los potenciadores.Dentro de los segundos podemos mencionar lasortsis o exoesqueletos que pueden estar dotados desensores (inerciales, FSR), de actuadores (motores,muelles, dispositivos fludicos) y de elementos decontrol, y tienen por finalidad la mejora de lafuncionalidad de la extremidad inferior tanto ensoporte como en el desarrollo del propio movimientode marcha, haciendo uso de tcnicas robticas(Moreno et al., 2006). Como dispositivos sustitutivosse sealan las prtesis de extremidad inferior, queplantean problemas afines a las de extremidadsuperior y que se tratarn en apartados posteriores.Como dispositivos generales de movilidad se indicantoda una serie de vehculos especficos paradeterminadas patologas (Ceres et al., 2005), ciertosandadores instrumentados como el GUIDO, elPAMAID o el ASAS (Ceres et al., 2004) y sobre todolas sillas de ruedas que constituyen un verdaderoparadigma de estudio. Efectivamente, dejando a unlado ciertos aspectos de inters (ergonoma,rendimiento), en el campo de la robticanumerosos grupos de investigacin han centrado sustrabajos en la optimizacin de sillas de ruedaselctricas ya que presentan un conjunto de problemasafines a los robots mviles, si bien existen unaspeculiaridades importantes. Por esta similitud, se haconvenido denominar ARW (Autonomous RoboticsWheelchairs) a estos sistemas implementando tantoestrategias de apoyo a la navegacin conlocalizacin, deteccin e identificacin de entornos yobstculos (IR, US, lser, cmaras) comoplanificacin y control de trayectorias as comoarquitecturas dedicadas y, de forma especial,interfases hombre-mquina de carcter especfico.Entre los trabajos llevados a cabo podemos citar losproyectos OMNI, SIAMO, VAHM, Tetranauta,SENARIO y otros (Tzafestas, 2001).

3.2. Manipulacin.

En cuanto a la manipulacin, existe como en loscasos anteriores el concepto de manipulacin asistidabajo el que se han construido brazos robticosreubicables como el HANDY o el ASIBOT (Jardon,

2006), o buen autotransportados en sillas de ruedascomo el FRIEND, el RAPTOR o el KARES. Se tratade brazos manipuladores de estructuras de tipoangular que han sido diseados para realizar tareas dealimentacin, aseo y otras de la vida diaria.

Como en el apartado de movilidad, la manipulacinabarca igualmente las ortesis de brazo-mano,normalmente con estructuras pasivas paraestabilizacin de movimientos espticos o atxicos obien activas por ejemplo para reduccin de losdiferentes tipos de temblor (Rocon et al., 2006).Por ltimo, para personas que han sufrido una

amputacin, tenemos las prtesis de miembrosuperior, ms complejas en general que las demiembro inferior al tener en este caso un mayornmero de grados de libertad. Por otra parte, larealimentacin cinetsica, se complementa en estecaso con la tctil, las sensaciones trmicas y la visual.Todo ello plantea problemas de captacin, de controlcompartido usuario-computador y de desarrollo deestructuras antropomorfas con actuadores integradosde alta eficiencia. Estos y otros problemas han sidoabordados en el desarrollo de la prtesis que sepresenta en los siguientes apartados.

4. DESARROLLO DE LA PRTESIS DIESTRAMANUS-HAND.

El desarrollo que se describe a continuacin ha sidofruto de los trabajos de investigacin llevados a caboen el proyecto con ttulo Modular AnthropomorphousUser-Adaptable Hand Prosthesis with EnhancedMobility and Force Feedback (MANUS), financiadopor la Comisin Europea (Telematics ref. DE-4205)en el que el Grupo de Bioingeniera del IAI-CSIC haactuado como socio coordinador.

4.1. Objetivos y antecedentes.

El objetivo del proyecto es el diseo y la realizacinde una prtesis de mano multifuncional gobernadapor el usuario con comandos de alto nivel, de fcilaprendizaje y uso, a partir de seales EMG delmiembro residual o de otros msculos. La prtesisincorpora control de fuerza en el agarre y surealimentacin al usuario.El objetivo ltimo de la prtesis es dotar a personascon amputaciones de mano y antebrazo de undispositivo manipulador de mayores prestaciones yoperatividad que los existentes actualmente de formaque les permita una mayor autonoma y una mejorintegracin social y laboral.El diseo de manos robticas diestras es un reamultidisciplinar que contempla aspectos de diseomecnico, integracin sensorial, desarrollo deactuadotes eficientes y con gran densidad de fuerza ypotencia, y control e interaccin hombre-mquina. Laprotsica es por excelencia el campo de aplicacin dela robtica de manos diestras. Dada la complejidadfuncional y anatmica del miembro que ha desustituir el dispositivo protsico, es esencial unaaproximacin bioinspirada.

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Figura 2. Modos bsicos de prensin.

Uno de los primeros trabajos que sistemticamenteanaliz y clasific funcionalmente los tipos deprensin se debe a Schelesinger, (Schelesinger,1919), que clasific los tipos de agarre en agarrescilndricos, de precisin, de gancho, con las yemas,esfricos y laterales, vase la figura 2. Otros autores,p.e. Napier, (Napier, 1956), clasificaron la prensinde acuerdo a que sta fuera de potencia o deprecisin. En cualquier caso, el hecho distintivo quepermite al humano gran destreza en la manipulacines la posibilidad de realizar con el pulgar unacombinacin de movimientos de flexin-extensin yoposicin-no oposicin. Cuando el pulgar est enoposicin se pueden conseguir agarres de potencia yprecisin. Cuando el pulgar no est en oposicin sepueden realizar agarres laterales y de gancho.Estas consideraciones han dado lugar a dispositivosprotsicos comerciales que implementan agarres depotencia y precisin. Los dedos no estn articuladosen las distintas falanges y generan agarres concontactos puntuales que solamente son estables yfuncionales con grandes esfuerzos de contacto. Elcontrol del agarre por parte del usuario se realiza enlazo abierto y se implementan estrategias quepermiten mitigar la falta de adaptacin cinemtica alobjeto durante el agarre. En este sentido, Kyberd etal., (Kyberd y Chappel, 1993), introdujeron laestimacin del deslizamiento en el agarre a partir desensores de efecto Hall como entrada para agentesque implementan reflejos de bajo nivel paraestabilizar el agarre.

Un aspecto fundamental para la obtencin de unamayor destreza en la manipulacin es la integracinde un mayor nmero de grados de libertad. Esto noslleva a la necesidad de integrar un elevado nmero deactuadotes compactos, miniaturizados y con grandensidad de potencia. En el proyecto Manus se hatrabajado en la inclusin de nuevos actuadotes apartir de SMAs, (Pons et al., 1998), (Throndsen,1996), (Soares, 1997) y actuadotes ultrasnicos,(Pons et al. 2000), entre otros.Desde el punto de vista de la interaccin entre elusuario y la prtesis, el control se ha fundamentadoen electromiografa, EMG. En trminos prcticos, el

nmero mximo de canales de control est limitado ados conjuntos de electrodos EMG. Para extender lacapacidad del canal de mando se ha acudido atcnicas de reconocimiento de patrones, (Herberts et

al., 1073), (Almstrm y Herberts, 1975) que permitenincrementar el nmero de canales de control.

4.2 Diseo conceptual.

El proyecto MANUS desarroll, de acuerdo a unanlisis previo de necesidades del usuario, el

concepto de una prtesis robtica multifuncional demiembro superior con las siguientes caractersticas:- La cinemtica de la mano cubre un amplio

espectro de modos de prensin, tanto aquellosque requieren oposicin del pulgar, p. e.precisin y potencia, como los que no larequieren, p. e. lateral y gancho.

- El concepto cinemtico es compatible con elempleo de un reducido nmero de actuadorespara permitir una solucin compacta de tamaoy peso reducido.

- La interaccin entre usuario y prtesis esbidireccional, el usuario forma parte del lazo decontrol del sistema. Esta interaccin debeimplementarse a partir de canales naturales parafacilitar el aprendizaje y uso del sistema porparte del usuario.

- El sistema es capaz de controlar de formaautnoma posibles perturbaciones durante elagarre, p. e. deslizamiento entre mano y objeto.

4.3 Configuracin cinemtica. Sistema de actuacin

Se ha desarrollado una mano robtica con diezarticulaciones de las cuales tres son activadas deforma independiente. Se ha seguido por tanto undiseo en el que se emplean mecanismos pasivos paraacoplar el movimiento rotacional de un conjunto dearticulaciones. Se distinguen tres mecanismosindependientes: los dedos, el pulgar y la mueca. Lafigura 3 muestra esquemticamente la distribucin dearticulaciones y el agrupamiento de las mismas en lostres mecanismos.

Mecanismo de la mueca: 1articulacin

Mecanismo del dedo,6 articulacionesacopladas

Mecanismo del pulgar,3 articulacionesacopladas

Figura 3. Esquema global de la estructura cinemticade MANUS-HAND.

El mecanismo de los dedos involucra las seisarticulaciones de flexin de los dedos ndice y

corazn. La estructura cinemtica propuesta limita lamovilidad de los dedos si se compara con lospatrones anatmicos. Los dedos no cuentan con elmovimiento de abduccin-aduccin y el



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acoplamiento pasivo entre las diferentesarticulaciones de flexin impone patrones deprensin especficos y preconcebidos.Este ltimo aspecto puede limitar la capacidad de lamano robtica de adaptarse a la morfologa de losobjetos a agarrar. Con el fin de minimizar este efecto,se procedi a analizar los patrones cinemticos

normalmente empleados en los diferentes modos deagarre. Se observ que el movimiento de flexin delos dedos sigue aproximadamente un patrn en el queexiste una relacin 1 a 1,2 entre el giro en una

articulacin y el de su vecina inmediatamenteproximal.El mecanismo de acoplamiento entre estas seisarticulaciones consiste en un acoplamiento mediantecables cruzados para cada dos articulacionescontiguas en la estructura cinemtica de cada dedo yun acoplamiento rgido mediante engranajes entre los

dedos ndice y corazn. La estructura cinemtica decada uno de estos dedos est esquemticamenterepresentada en la figura 4.

activado

articulacin

Falange proximaltendn 2 parte 1

Polea 3

anclaje

tendn 3

Polea 1

Polea 2

Polea 4 Polea 5

referenciaFalange media

Falange distal

tendn 2 parte 2

Figura 4. Esquema del acoplamiento por cables cruzados de las falanges del dedo.

El mecanismo del pulgar es el ms complejo en laestructura cinemtica de la mano robtica. Elmecanismo proporciona los dos movimientosfisiolgicos del pulgar, es decir, flexin-extensin yoposicin, mediante un nico accionamiento.La solucin propuesta es un mecanismo intermitentede Ginebra. Se trata de un mecanismo que permiterealizar de forma cclica un desplazamientocombinado en dos planos. Partiendo del pulgar enposicin de agarre lateral se obtienen, mediante giro

del motor, los siguientes movimientos: 1) unmovimiento combinado de extensin y oposicin,hasta la zona de agarre en gancho, 2) un movimientode extensin hasta la zona neutral (que corresponde ala mano en posicin de reposo), 3) un movimientocombinado de oposicin y de flexin hasta la zona deagarre de potencia y, 4) un movimiento de flexinhasta completar un agarre de precisin. La figura 5muestra el esquema cclico del mecanismo deGinebra y el movimiento resultante en los dos planos.



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Figura 5. Movimiento cclico del mecanismo de Ginebra (a) y

correspondientes planos del movimiento resultante (b).

El mecanismo de pronacin-supinacin delantebrazo est concentrado en una articulacin derotacin simple en la mueca. La caractersticarelevante y novedosa de esta articulacin, es que parapermitir la adaptacin de la prtesis a niveles deamputacin transradial distal (amputacionesprximas a la mueca), se ha empleado comoactuador un motor piezoelctrico (ultrasnico) planoque permite resolver la mueca en un espacio muyreducido.

Por lo que respecta al resto de los mecanismos, laactuacin est fundamentada en motoreselectromagnticos DC en combinacin con etapas dereduccin integradas. Los actuadotes en los casos de

los mecanismos de los dedos y del pulgar seencuentran ubicados en la palma.

4.4. Interfaz de usuario.

El control global de la prtesis (seleccin de un tipode agarre y un grado de fuerza determinados) est acargo del usuario, aunque el control local del agarrese ejecuta de forma autnoma.Uno de los retos en el control de manos robticasdiestras es la generacin de comandos de control. Las

seales electromiogrficas EMG que el organismogenera en los procesos de contraccin muscularconstituyen una de las vas ms naturales de mando.Para ello se utilizan las seales EMG residuales delmun u otros msculos prximos (Han et al., 2000).



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Estas seales EMG, adquiridas mediante electrodosde superficie, se caracterizan por presentar unespectro en frecuencia entre 20 y 300 Hz y unosniveles de tensin que, dependiendo del msculo y dela intensidad de la contraccin pueden llegar a 5 mv.Las seales EMG son muy ruidosas y cuentan concomponentes debidas a seales cardacas ECG, ruido

de red (50/60 Hz) y artefactos por problemas decontacto. Por todo ello se recurre a la medidasbipolares mediante dos electrodos activos y uno dereferencia. Es comn el empleo de filtros paso banday notch para rechazo de componentes de la red.

A1

A2

Figura 6. Comando 121 mediante seales EMG

La lgica de mando de EMG desarrollada para elcontrol de Manus presenta un alta eficacia ya quemediante un solo canal se generan los 18 comandos

que el sistema requiere para el control de losmltiples modos de agarre disponibles. Esta lgicatiene comandos reservados para funciones como lacalibracin, el paro o error.El lenguaje de comunicacin se basa en la definicinde una lgica ternaria con palabras de tres bits: tresniveles de intensidad de contraccin muscular,prefijados y personalizados, se asocian a otros tantosestados 0, 1 y 2. Cada comando ser por tanto unasucesin de tres contracciones ligeramenteespaciadas. As tendremos p.e. 211 para agarre enmodo 1 con fuerza de 0 a 250 gr hasta parada o 100para paro. Algunos comandos estn reservados para

movimientos combinados predefinidos, p.e. agarrelateral (de una llave) y giro por pronacin de lamueca.

4.5. Arquitectura de control.

El conjunto electromecnico de prtesis y su controlintroduce ciertos aspectos innovadores (Pons et al.,2004). Como partes principales comprende mano,mueca y encaje o zcalo, esta ltima especfica paracada usuario adaptandose a la morfologa del mun(Figura 7). Sobre este se colocarn los electrodos delsensor EMG y sobre el mismo mun o en su

proximidad el elemento de realimentacin de fuerza.Este dispositivo informa al usuario del nivel defuerza de agarre mediante una vibracin modulada enfrecuencia.

Sistema Electrnico

EncajeMueca

Dispositivo

Realiment.

EMG

Sensor

Motor

US

Sensores

Fuerza

Sensores

Posicin

MotoresDC

Mano

ACTIVOS

PASIVOS

Figura 7. Partes y elementos de la prtesis

Sobre las yemas de los dedos activos (pulgar, indice ycorazn) se han incorporado sensores de fuerzadesarrollados ad hoc. El principio bsico sefundamenta en un sensor de efecto Hall colocadosobre la extremidad fija del dedo que mide lainduccin de campo magntico de un imn

permanente. El imn est dispuesto sobre la yemaque a su vez est separada del dedo (y por tanto delsensor de efecto Hall) por un resorte. La variacin deesta separacin en funcin de la fuerza aplicada en layema resulta en una seal que convenientementelinealizada permite estimar la fuerza de agarre. Larespuesta, tensin/distancia/fuerza es prcticamentelineal sin efectos considerables de histresis y conuna sensibilidad, tras amplificacin, en torno a 2mv/g.Es preciso hacer referencia tambin a los sensoreslineales de posicin. Igualmente han sidodesarrollados expresamente para minimizar su

tamao, empleando sensores de efecto Hall e imanes.Esto ha permitido establecer, adems del lazo defuerza, un control de posicin de los motores de losdedos. El esquema de control de los dedoscorresponde al de la figura 8. En le caso de la muecasolo existe el lazo de control de posicin.

Figura 8. Esquema de control de los dedos activos

En lo referente a la arquitectura electrnica decontrol, se ha optado por una estructura jerarquizada(figura 9). Bsicamente las tareas se distribuyen encontrol local y central.El primero se refiere al control de posicin y fuerzaen los dos grupos de dedos (pulgar e ndice-corazn)y de posicin en la mueca. Para cada uno de estos

tres subsistemas se dedica un procesador especifico(PIC16C76) que ejecutar los programas de medidade los sensores (frecuencia de muestreo: 10 kHz), ycontrol de los motores por PWM con mediacin delos correspondientes circuitos de potencia MOSFET.



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En el nodo central se sita el procesador general(PIC17C756) que tiene por funcin principal tratar yclasificar las seales EMG para la generacin de loscomandos correspondientes. Por otra parte, estemicrocontrolador se comunicar por un bus I2C conlos tres controladores locales suministrndolesrdenes de movimiento y recibiendo el estado de

cada articulacin para tomar las accionesencomendadas y hacer una presentacin sinttica alusuario mediante leds e indicaciones acsticas en sucaso.

Figura 9. Arquitectura de jerarquizada de medida ycontrol

El conjunto est alimentado por diferentes tensiones(DC/DC) y a su vez por dos bateras de 6v que hansido objeto de estudio en cuanto a eficienciaenergtica. Inicialmente se han seleccionado bateriasde Ni-Cd, si bien se espera incorporar de in-Li porestar indicadas adems para uso mdico. Lacapacidad nomimal es de 580 mAh, logrando unaautonoma de dos a cuatro horas de funcionamientonormal, lo que se considera suficiente para realizarlas pruebas de validacin.

4.6. Resultados:

Para la fase de pruebas, y como paso previo para elaprendizaje del usuario, se desarroll una plataformavirtual de entrenamiento y de evaluacin de lascapacidades de cada usuario, permitiendo aspersonalizar la prtesis al adaptar los parmetros dela misma a las capacidades residuales y mioelctricasdel amputado (Figura 10).El sistema ha sido probado siguiendo un protocolo adhoc con un conjunto total de quince amputados de loscentros CRMF y Flieman Hospital. El peso de laprtesis se considera admisible (1.2 Kg), teniendounas dimensiones algo mayores en un 20% delmiembro humano.El protocolo de experimentacin comprendi lasiguiente serie de pasos:

1. Explicacin del sistema y de la lgica

ternaria de control.2.

Adaptacin de los electrodos EMG ycalibracin del sistema. La calibracincomprende la medida y modelado del nivel

base de ruido y la personalizacin de losniveles A1 y A2 para el control EMG.

3. Aprendizaje de comandos bsicos medianteel empleo de la plataforma virtual.

4. Seleccin de comandos ms fcilmenteejecutables para cada sujeto y asignacin deagarres.

5.

Generacin de agarres y movimientos demanipulacin con el sistema adaptado alusuario (figura 10).

Los tiempos de generacin de cada comando oscilanentre 0.4 y 2.5 s, segn la destreza de la persona(tiempo de aprendizaje: 1-1.5 horas). El agarre, en untiempo de 1.2 s., alcanza a un nivel mximo de fuerzade 60 N., demostrando una buena operatividad ascomo la validez de los conceptos desarrollados en elproyecto, si bien hay una serie de aspectosergonmicos, cosmticos y de autonoma a mejorar.

Figura 10. Pruebas de la prtesis MANUS-HAND

5. CONCLUSIONES

Dentro de las tecnologas de Apoyo o deRehabilitacin, la robtica juega un papel de primerorden como soporte de soluciones avanzadas para lacompensacin funcional humana. El desarrollo deesta prtesis ha constituido una experiencia



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interesante permitiendo profundizar en el rea de lasprtesis robticas y elaborar propuestas innovadorasen ciertos aspectos. Uno de ellos es la configuracincinemtica verstil, compacta y sencilla y otro laarquitectura distribuida y robusta, que cubre lasnecesidades de control de posicin y fuerza.El interfaz de hombre-mquina es muy eficiente ya

que, con los modos globales de control y el elevadonmero de comandos disponibles requiere un solocanal EMG para cubrir una buena parte de lashabilidades de manipulacin natural, tal como handemostrado las pruebas realizadas.

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