SISTEMA ROBÓTICO PARALELO CON CONTROL BASADO EN MODELO MÚSCULO-ESQUELÉTICO PARA LA MONITORIZACIÓN Y ENTRENAMIENTO DEL SISTEMA PROPIOCEPTIVO

2022

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Valera Fernández Ángel

En los últimos años se ha detectado un interés creciente en el ámbito de la Salud por las aplicaciones de la robótica a la rehabilitación y la valoración clínica. Si bien se han realizado diferentes iniciativas de aplicación de robots serie en el ámbito de la salud, no existen robots paralelos con sistemas de control suficientemente seguros para su aplicación in-vivo. La utilización de los robots paralelos con tres o más grados de libertad permitiría, frente a los robots serie, mejorar tanto la precisión como la versatilidad para la valoración clínica y para la pauta personalizada y progresiva de la intervención física. Además, dado que sobre la plataforma móvil de estos robots se puede situar la parte distal de la extremidad, se posibilita el trabajo en cadena cinética cerrada, lo que facilita el entrenamiento de la propiocepción. Por ello, en el presente proyecto se va a investigar en la utilización de robots paralelos en el ámbito de la salud. En concreto, el objetivo general es desarrollar y validar experimentalmente un sistema mecatrónico, basado en un robot paralelo, capaz de realizar, con plena seguridad para el paciente y para el personal clínico, tanto tareas de rehabilitación propioceptiva como de valoración clínica del miembro inferior. Esta propuesta se basa en los conocimientos alcanzados en dos proyectos consecutivos previos del Plan Nacional: Metodología de Diseño de Sistemas Biomecatrónicos. Aplicación al desarrollo de un Robot Paralelo híbrido para diagnóstico y rehabilitación (DPI2013- 44227-R) e Integración de modelos biomecánicos en el desarrollo y operación de robots rehabilitadores reconfigurables (DPI2017-84201- R-AR). Gracias a estos proyectos se desarrolló un robot paralelo con una plataforma móvil. Sin embargo, con su desarrollo se detectaron una serie de problemas cuya solución es necesaria para poder tener un sistema útil, operativo y seguro. Por un lado, se deberían mejorar los modelos músculo-esqueléticos de miembro inferior, de manera que se pudiera optimizar el modelo que se desarrolló en los proyectos anteriores mediante la incorporación de la caracterización morfológica, los patrones de coactivación de los músculos agonistas y antagonistas, así como de la generación de bases normativas de personas sanas y patológicas. Por otro lado, en el ámbito de la mecánica se pondrán a punto mecanismos para identificar errores asociados a las holguras por manufactura, desarrollándose un modelo cinemático y dinámico de las holguras del robot paralelo. Se analizará también la influencia de los errores sobre un índice de proximidad a singularidades Tipo II desarrollado en el grupo de investigación. En el ámbito de control, se desarrollarán una nueva arquitectura de control y se desarrollarán nuevas estrategias de control de fuerza y/posición para poder realizar la valoración y los ejercicios de rehabilitación. Los controladores incorporarán el modelo dinámico del robot, y el modelo músculo-esquelético de la coactivación. Además, se desarrollarán estrategias de control en tiempo real para la evitación automática de puntos singulares, y de la salida controlada en el caso de que se haya caído en una singularidad. Para la realización del proyecto se cuenta con un grupo de investigadores multidisciplinar de 3 áreas de conocimiento: Biomecánica, Ingeniería de Control y Automática, e Ingeniería Mecánica. El grupo viene trabajando de forma conjunta e ininterrumpida desde hace más de 15 años.