Diseño de un algoritmo de control de la marcha de un exoesqueleto de extremidades inferiores para una persona de 1.80 m. y 100 kg.

Abstract

Desde el inicio de la era tecnológica el hombre ha deseado integrarse con dispositivos mecánicos y electrónicos para poder así aumentar sus habilidades o compensar habilidades pérdidas, esto ha impulsado el desarrollo de diversos dispositivos de integración hombre máquina. Actualmente está aceptado el papel primordial de la ciencia y la tecnología como pilares para la mejora de las actividades humanas y autonomía personal (Assistive technologies), 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 manipulación [1]. El Perú no debe quedarse atrás en el desarrollo de dispositivos robóticos de asistencia tanto de uso médico como industrial. Bajo esta premisa, este trabajo plantea el modelamiento y control de un exoesqueleto para extremidades inferiores orientado a la asistencia de la marcha para personas con discapacidad. El sistema robótico planteado consiste en un sistema de 6 grados de libertad, el análisis dinámico y cinemático fue dividido en 2 de acuerdo con el número de extremidades en contacto con el suelo. El sistema se linealizó por el método de retroalimentación de parámetros y se escogió el controlador tipo LQR con seguimiento de trayectoria. La simulación del sistema se realizó en Matlab utilizando la extensión Simulink, las referencias para el controlador fueron obtenidas mediante análisis de video de caminata realizados para esta tesis. El trabajo se ha organizado en 5 capítulos más resultados, conclusiones y recomendaciones. El primer capítulo es la introducción en la que se hace referencia a los antecedentes, el planteamiento del problema, los objetivos que se buscan, los alcances y las limitaciones del estudio. En el segundo capítulo se describe el estado del arte en el que se presenta el concepto de exoesqueleto, sus tipos y aplicaciones. En el tercer capítulo se expone el estudio biomecánico de las extremidades inferiores, tanto en su estructura como en sus articulaciones, y también la biomecánica de la marcha humana, sus fases y movimientos. En el cuarto capítulo se realiza el modelamiento matemático, cinemático y dinámico, del sistema a controlar, dividiendo el sistema en dos análisis, el soporte simple y el soporte doble. En el quinto capítulo se presentan la linealización del sistema por el método de retroalimentación de parámetros y el diseño del algoritmo de control por el método de seguimiento de trayectoria con controlador LQR. En el sexto capítulo se presentan los resultados de las simulaciones. Finalmente se dan a conocer las conclusiones y recomendaciones para trabajos futuros.