La robótica en la discapacidad. Desarrollo de la prótesis diestra de extremidad inferior Manus-Hand

Abstract

[ES] La discapacidad y el envejecimiento plantean a las sociedades actuales una serie de necesidades que deben ser cubiertas con soluciones personales y colectivas adecuadas para mantener un mínimo bienestar. Actualmente está aceptado el papel primordial de la ciencia y la tecnología como pilares para la mejora de las actividades humanas y la autonomía personal (“Assistive Technologies” o Tecnologías de Rehabilitación o de Apoyo). La robótica en este sentido comienza a jugar un rol fundamental en las diferentes actividades del hombre y muy especialmente en lo relacionado con la movilidad y la manipulación. En este trabajo, se analizan de forma general estos sistemas robóticos de apoyo y su relación con el usuario. A continuación se presenta, como resultado de un proyecto europeo (MANUS-HAND) el diseño y el desarrollo de una prótesis de mano de alta movilidad, modular y con efectos de realimentación, todo ello con el fin de ofrecer nuevas posibilidades de reintegración social y profesional a personas con amputaciones. El trabajo plantea enfoques complementarios; por una parte, el sistema de control está basado en el empleo de señales mioeléctricas, adaptadas a la capacidad residual de cada usuario; los movimientos de los dedos están coordinados según cuatro modos globales de agarre, potenciados con la realimentación sobre el amputado mediante sensores de fuerza y salida por vibración, cubriendo así un 90% de las habilidades naturales de manipulación. Desde el punto de vista mecánico se ha desarrollado de una estructura específica con tres dedos activos en flexo-extensión y prono-supinación de muñeca, incluyendo para ello diferentes tipos de actuadores (motores DC y ultrasónico) gobernados con un solo canal EMG y estando todo ello controlado por una arquitectura electrónica distribuida y jerarquizada. Una plataforma de entrenamiento y de evaluación de las capacidades de cada usuario completa el sistema, permitiendo así personalizar la prótesis al adaptar los parámetros de la misma a las capacidades residuales y mioeléctricas del amputado. El sistema ha sido probado siguiendo un protocolo ad hoc con amputados, demostrando la validez de los conceptos desarrolados en el proyecto.

[EN] Disability and ageing in current societies represent a number of requirements that need to be addressed by personal and collective solutions adapted to maintain care and welfare. The primal roles of science and technology are now accepted as the pillars to improve the human activities and autonomy (Assistive Technologies). In this regard, robotics is beginning to play a main role in diverse human activities and in particular in respect to mobility and manipulation. In this paper, such assistive robotic systems are analyzed in a wide sense, discussing their interaction with the user. Next, as results of a European project (MANUS-HAND), the design and development of an upper limb prosthesis with high dexterity, modularity and feedback capabilities, are presented. This work proposes complementary approaches; a control system based on the use of myoelectic signals, adapted to the remaining capabilities of the user; the movements of the artificial fingers coordinated according to four global modes of grasping, complemented by the feedback on the amputee by means of force sensors and a vibratory output, covering the 90% of the natural manipulation abilities. From a mechanical point of view, a specific structure has been developed with three active fingers in flexo-extension and pronosupination of the wrist, including for this different types of actuators (DC motors and ultrasonic) governed with a single EMG channel. All systems are controlled by a distributed a hierarchical electronic architecture. A training and evaluation platform of the user capabilities completes the system, enabling the customization of the prosthesis by adapting the parameters to the particular capabilities of the amputee. The system has been tested following an ad hoc protocol with amputees, demonstrating the feasibility of the concepts developed in the project.