Diseñan controladores avanzados para dispositivos robóticos de rehabilitación

Los robots permiten realizar terapias de rehabilitación más precisas y mejor adaptadas a la recuperación de los pacientes, según un estudio de la UPV/EHU

  • Investigación

Fecha de primera publicación: 03/01/2019

La investigadora del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la UPV/EHU Aitziber Mancisidor Barinagarrementeria ha diseñado un algoritmo de control para dispositivos robóticos capaces de adaptarse a diferentes estados de recuperación de los pacientes, y sin elevar aún más el coste del dispositivo.

Con el fin de que pacientes y fisioterapeutas lo utilicenn, Aitziber Mancisidor Barinagarrementeria ha disñeado un algoritmo de control. (Foto: Nagore Iraola. UPV/EHU)

En las últimas décadas, observando la necesidad de mejorar la calidad de vida de enfermos con movilidad reducida, y los progresos obtenidos gracias a la utilización de los robots en la industria, los dispositivos robóticos han sido propuestos para terapias de rehabilitación. “Los robots de rehabilitación permiten emular los ejercicios de un fisioterapeuta obteniendo tratamientos adaptados y precisos”, indica Aitziber Mancisidor, autora del estudio. Asimismo, “funcionan como una herramienta de medición que permite cuantificar fuerzas y/o movimientos. Y con ayuda de un interfaz gráfico, construyen un entorno de realidad virtual facilitando e incentivando el proceso de rehabilitación”, añade.

Sin embargo, debido a su reciente introducción al ámbito clínico, muchas de las áreas de la robótica de rehabilitación no han sido estudiadas en profundidad y existen varios aspectos a mejorar, entre ellos el control de los dispositivos. Ante esta situación, esta investigación se ha centrado en mejorar la parte del control de los dispositivos robóticos. “El dispositivo mecánico del robot es el encargado de realizar los movimientos, pero para que ese dispositivo se comporte de forma deseada es imprescindible diseñar un algoritmo de control que indique con qué fuerza y frecuencia se tienen que efectuar esos movimientos etc.”, explica Mancisidor.

Capacidad de adaptación

Cualquier terapia de rehabilitación es un proceso largo. Al principio, los pacientes no tienen capacidad de generar movimiento, por lo que el robot es el que tiene que aportar ese movimiento de forma adecuada. Sin embargo, cuando el paciente va recuperando fuerza, el movimiento lo tiene que ejecutar el propio paciente y el robot le tiene que asistir o resistir. “Con el fin de dar respuesta a estas necesidades, se ha propuesto un algoritmo de control dividido en dos niveles: por un lado, calcula la asistencia que debe realizar el robot dependiendo del estado de recuperación del paciente y del ejercicio seleccionado; y por otro lado, controla la fuerza y el movimiento ejecutado por el robot generando movimientos suaves y seguros”, indica la investigadora de la UPV/EHU.

Asimismo, “el algoritmo de control diseñado se ha dotado con estimadores que permiten calcular la posición y la fuerza de contacto entre el dispositivo robótico y el usuario”, apunta Aitziber Mancisidor. “Una de las problemáticas de este tipo de robot es que existen muy pocos ejemplares en comparación con los robot industriales y por tanto su coste es muy elevado. Para reducir el coste de estos dispositivos de rehabilitación hemos utilizado varios estimadores de fuerza y movimiento en lugar de utilizar sensores costosos”, añade.

Por último, “hemos diseñado e implementado una plataforma de control y ejecución, que además de permitir la ejecución en tiempo real del algoritmo de control, sirve de puente de comunicación entre el robot de rehabilitación, el usuario y el controlador. Esta plataforma de control y ejecución ha permitido realizar diferentes pruebas experimentales del algoritmo de control propuesto, lo que ha posibilitado validar su funcionamiento en diferentes escenarios.

A la vista de los resultados obtenidos, la investigadora añade que “tanto por su capacidad de adaptarse a diferentes estados de recuperación de los pacientes como por su precisión los robot de rehabilitación pueden ser una buena alternativa en las terapias de rehabilitación del futuro”, concluye

Información complementaria

Esta investigación se ha llevado a cabo en el marco de la tesis doctoral de Aitziber Mancisidor Barinagarrementeria (Berriatua, 1989), titulada Control avanzado para robótica asistencial y sanitaria y dirigida por Itziar Cabanes Axpe y Asier Zubizarreta Pico, profesores del Departamento de Ingeniaría de Sistemas y Automática de la UPV/EHU.  

Asimismo, durante la ejecución de trabajo se ha colaborado con el grupo de fisioterapeutas de la UPV/EHU, indispensable para que la solución se diseñe pensando en los usuarios finales (fisioterapeutas y pacientes). Por otro lado, se agradece a Tecnalia su colaboración cediendo el robot UHP para validar los algoritmos.