Diseño y control de un exosuit basado en sinergias para asistir la marcha en el tren inferior

Abstract

Según el estudio más reciente de la Organización de las Naciones Unidas publicado en 20191, la población de mayores de 65 años de edad era de 9%, una cifra que puede alcanzar el 16% en el año 2050. El envejecimiento causa problemas de movilidad: los músculos pierden fuerza, las articulaciones se estresan y el cuerpo en general se vuelve más lento que antes. Esta tesis pretende contribuir en los objetivos de Desarrollo Sostenible, concretamente en el 3: "Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades". Por ello, en esta tesis se aborda el diseño de un exoesqueleto vestible también conocido como exosuit, con la intención de ayudar a la marcha del usuario. El prototipo inicial estará diseñado para mayores con movilidad reducida o con problemas en su marcha. El exosuit será diseñada a base de sinergias cinemáticas, consistentes en una codificación de la información contenida en la cinemática del sujeto de manera que se pueda reducir el número de actuadores por pierna, reduciendo los requerimientos de la actuación y el peso del dispositivo. Los problemas que se abordan en esta tesis son la implementación de sinergias cinemáticas en un exosuit con motores y cables, detección de la marcha, y optimización del esquema total de control. Primero, se planteará el diseño de un banco de pruebas para ensayar varias opciones de montaje y esquemas de control. Una vez se obtiene una solución apropiada, se trasladarán estos conceptos a la construcción de un exotraje de tren inferior, analizándose su funcionamiento.

According to the most recent report by the United Nations dated 20192, the world population above the age of 65 years was 9%, a number that was projected to hit 16% by the year 2050. Ageing tends to give rise to problems in mobility as muscles become weaker, joints become stressed, and the body itself slows down overall. This thesis aims to contribute to the third part of ’Sustainable Development’: Ensure healthy living and promote wellness for all at all ages. It describes the design of a soft exoskeleton otherwise known as an exosuit, with the aim of aiding the mobility of the wearer. The initial prototype will be directed to help elderly people who have reduced mobility and/or abnormal gait. The entire exosuit will be designed around on the basis of kinematic synergies, which decodes the information contained in the subject’s kinematics so as to reduce the number of actuators per leg, thereby reducing the overall requirements for actuation and the total weight of the device. The primary challenges of the project will be the implementation of kinematic synergies in an exosuit driven by motors and cables, detection of gait phases as well as optimizing the total control scheme. As a precursor, a modular test bench will be designed to facilitate testing of various types of mounting options and control schemes. Once an appropriate solution is achieved, the same will be implemented to construct a prototype exosuit and its effectiveness will be evaluated.