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En este trabajo se ha diseñado un exoesqueleto de miembro inferior ajustable a la pierna de cualquier paciente, cuyo propósito es permitir y facilitar su movimiento. El diseño parte de una órtesis de rodilla sobre la que se ha diseñado la ubicación de las articulaciones. Esta órtesis ha sido ampliada, no sólo con los elementos necesarios para la actuación de la rodilla, sino también con las piezas que permiten la sujeción y movilidad de otras partes de la pierna como el tobillo y cadera. Así como el modelado de soportes de los motores encargados de mover dichas articulaciones. El exoesqueleto integra sensores EMG, necesarios para percibir la intención de movimiento del paciente y controlar el exoesqueleto durante la marcha. Para ello se ha realizado un estudio de la posición de los sensores EMG y las debidas rectificaciones de las señales detectadas para conseguir una lectura eficaz y eficiente de los músculos. Además de poder percibir el propósito de movimiento del paciente para que sea asistido por el exoesqueleto. Una vez realizado el estudio de los sensores EMG, se ha establecido una comunicación entre dichos sensores inalámbricos y la simulación del diseño en ROS.

En este proyecto se ha realizado la planificación de trayectorias de un exoesqueleto de miembro inferior. Se ha partido del diseño de un exoesqueleto de pierna y su modelo URDF y se han seguido los siguientes pasos: 1. Diseño del modelo del robot en xpp: http://wiki.ros.org/xpp. Se ha diseñado el exoesqueleto para que sea capaz de generar los movimientos necesarios en las piernas del usuario para alcanzar una determinada localización. Por lo tanto, no sólo permite el movimiento de sus articulaciones, sino también hacerlo de forma que permita guiar al usuario hasta que su cuerpo alcance la posición y orientación indicada. 2. Integración del exoesqueleto simulado en towr: https://github.com/ethz-adrl/towr. Este framework permite generar un problema de optimización para la generación automática de trayectorias de robots. En concreto, en este proyecto se ha evaluado el uso de este tipo de soluciones para la planificación de movimientos de exoesqueletos y la generación de patrones de marcha. Un aspecto fundamental en este caso es que los movimientos del robot se deben ajustar a la capacidad de movimiento del usuario. Por lo tanto, el espacio de búsqueda del problema de optimización deberá ser dinámico y ajustado en cada momento al estado del paciente. Esto ha permitido generar movimientos realistas y adaptados al paciente. 3. Uso de visión para el reconocimiento del terreno. Se ha utilizado una cámara Intel REALSENSE LiDAR L515 y procesado la nube de puntos para extraer las características que definen el terreno por el que ha de moverse el exoesqueleto. Más concretamente, se ha analizado su utilización para el reconocimiento de escaleras lo que ha permitido planificar movimientos del exoesqueleto para subir escaleras.

En el presente trabajo se realizará una aproximación a la planificación de trayectorias para exoesqueletos de miembro inferior aplicados a rehabilitación, y en particular, para el exoesqueleto Exo-H3 de Technaid, el cual se empleará en simulación. La planificación de trayectorias consiste en la búsqueda de una sucesión de posiciones para un robot, que permitan llevarlo desde un estado inicial a uno final. Este proceso representa una etapa fundamental en la generación de movimiento y uso de instrumentos robóticos, tomando especial relevancia en el caso planteado pues se aplica a un dispositivo vestible que se debe ajustar a la mecánica del cuerpo y a la marcha humana. En primer lugar, se llevará a cabo un estudio de los diferentes marcos teóricos que conciernen a este trabajo. Realizando un estudio del estado del arte de la rehabilitación asistida por robots y las alternativas actuales, así como de las particularidades fisiológicas que afectan a la marcha, y de la propia generación de movimientos para robots. Seguidamente, se incluirá el exoesquelto Exo-H3 en la aplicación towr, un framework de generación de trayectorias para robots con patas. Complementariamente se desarrollará un sistema de obtención del ángulo de la rodilla a partir de señales electromiográficas de ciertos músculos de la pierna, para lo cual se generará una base de datos a partir de pruebas experimentales con un conjunto de sujetos y se aplicará un regresor lineal para obtener dicho sistema. Con esto, se planeta una generación de trayectorias que respete las características de la marcha humana gracias a la introducción de restricciones en el framework de towr, y que sea asistida por un sistema que tenga en cuenta las señales neuromecánicas del cuerpo asociadas al propio movimiento de la pierna.

En este proyecto, se ha partido del exoesqueleto de Project MARCH para realizar una serie de mejoras en lo que se refiere al diseño y el control, de forma que sus capacidades de movimiento sean lo más semejantes posible a la marcha humana. En el primer lugar se ha llevado a cabo un estudio de los diferentes marcos teóricos que impulsan este proyecto. Se hacen notable las ventajas de utilizar la robótica de rehabilitación, se citan los distintos dispositivos de rehabilitación existentes y se realiza un estudio sobre distintos exoesqueletos vestibles de miembro inferior, mostrando sus características físicas y técnicas. Después, se explica en qué consiste la marcha humana, destacando las alteraciones a las que se puede enfrentar tras sufrir un accidente. Para finalizar este apartado, se mostrará el marco teórico del control de robots, explicando qué son la cinemática y la dinámica de un robot, se diferencia el análisis cinemático del análisis dinámico y se hace una distinción entre los distintos tipos de control dinámico. Una vez terminado el marco teórico, se formulará toda la metodología sobre sistemas de control que supone la base de este proyecto, realizando una introducción ROS_Control, detallando los componentes de un controlador creado en ROS, así como la interconexión de los mismos y el mecanismo que sigue para su ejecución, ya que supone la base para el desarrollo del proyecto. A continuación, tiene lugar el modelado del exoesqueleto, desde su diseño hasta su análisis cinemático, su simulación, un análisis del patrón de marcha y una mejora del mismo. De igual forma, se examina su comportamiento ante distintos obstáculos y terrenos varios, procediendo a adaptar los patrones de marcha para hacerles frente. Finalmente, identifica el tipo de control que realiza, se llevan a cabo una serie de mejoras en el controlador con el objetivo de reducir el error obtenido en la ejecución de la marcha y se expondrá de forma analítica los pasos seguidos para obtener valores que reduzcan el error.

Este Trabajo de Fin de Máster representa la culminación del Máster en Automática y Robótica de la Universidad de Alicante. Se trata de un proyecto de simulación usando como base el Project MARCH para realizar mejoras en su modelo de robot. Enfocado en el sector de la robótica de rehabilitación, los exoesqueletos son una tecnología innovadora que trata de mejorar la calidad de vida en pacientes con lesiones motoras, ya sea como apoyo en su día a día o con objetivo de ayudar en la rehabilitación de estos con la intención de obtener un determinado grado de mejoría. Como objetivo principal, se pretende modificar el modelo del exoesqueleto del robot y ajustar sus controladores para las distintas trayectorias. Este proyecto está basado en ROS1 Noetic y ROS2 Foxy. Además, se introducirán los modelos CAD de las piezas modificadas.

Este proyecto consiste en introducir un exoesqueleto de mano dedicado a fines terapéuticos en ROS (Robotic Operation System) con el objetivo de dotarlo de versatilidad y mejora constante, ya que se trata de un robot que trabaja con personas que necesitan ayuda para poder tener una calidad de vida mejor y no podemos permitirnos perjudicarles bajo ningún concepto. Ros proporciona múltiples herramientas para pruebas y visualización que nos facilita comprobar cualquier funcionalidad sin poner en riesgo el estado del robot, algo muy importante en el campo de la investigación y especialmente en la creación de la etapa inicial de un robot. La principal ventaja de esta implementación en Ros son las futuras modificaciones en cuanto a funcionamiento y especialmente en desarrollo de aplicaciones de control del dispositivo. This project consists of introducing an exoskeleton hand dedicated to therapeutic purposes in ROS (Robotic Operation System) with the aim of providing it with versatility and constant improvement due that it is a robot that works with people who need help for a better life quality and that won’t harm them by any means. Ros provides multiple tools for testing and visualization that make it easy for us to check any functionality without putting the state of the robot at risk, a key point in the field of research and particularly in the creation of the robot’s initiation stage. The main advantage of this implementation in Ros is the future modifications in terms of operation and specially in the development of control applications of the device.