Tesis (Magíster en Ingeniería Electrónica)

Actualmente, el diseño de dispositivos robóticos para asistir y rehabilitar el tobillo representa un desafío debido a la complejidad de esta articulación y su rol fundamental en la locomoción humana. Este campo de investigación ha sido motivado por la alta incidencia de discapacidad relacionada a trastornos neurológicos y sus efectos en la ejecución de Actividades de la Vida Diaria (AVD), reduciendo la calidad de vida de las personas. De esta manera, las órtesis de tobillo-pie actuadas, o exoesqueletos de tobillo, están siendo desarrollados para contrarrestar la limitación de marcha y mejorar la recuperación motora. En este contexto, esta tesis de maestría presenta el diseño, desarrollo e implementación de un novedoso exoesqueleto de tobillo vestible y portable, denominado T-FLEX, el cual está basado en Actuadores de Rigidez Variable (ARVs). Por tanto, diferentes estrategias de control de alto nivel fueron desarrolladas e implementadas para apoyar la rehabilitación de marcha con T-FLEX. Asimismo, una caracterización experimental determinó la aplicabilidad de T-FLEX en escenarios de asistencia y midió las capacidades del dispositivo durante esta tarea. Finalmente, dos validaciones experimentales con personas que exhibían disfunciones de tobillo fueron ejecutadas para evaluar la efectividad del dispositivo en rehabilitación de marcha. En términos generales, esta tesis determinó que T-FLEX es capaz de asistir patrones de marcha con una duración superior a 0.74 segundos. Además, este trabajo evaluó el sistema de actuación de T-FLEX en una estructura ortótica pasiva durante una prueba de primer uso y examinó T-FLEX en un programa de rehabilitación con un paciente crónico de accidente cerebrovascular. La evaluación de la asistencia a la marcha mostró mejoramientos en el levantamiento del pie y en la cinemática de los miembros inferiores. Sin embargo, los usuarios exhibieron reducciones en los parámetros espaciotemporales principalmente relacionados a la estructura ortótica utilizada en este estudio. Para la validación en terapia, T-FLEX evidenció efectos positivos después de 18 sesiones en (1) incremento de cadencia, (2) reducción del movimiento de plantar-flexión durante la fase de balanceo, (3) reducción del nivel de espasticidad, así como (4) el incremento de los rangos de movimiento pasivo en las articulaciones de los miembros inferiores. T-FLEX puede asistir la marcha humana y apoyar procesos de rehabilitación de pacientes neurológicos que presenten disfunciones en el tobillo. Los trabajos futuros estarán direccionados en el mejoramiento de la sincronización del dispositivo, evaluaciones en una mayor cantidad de pacientes, desarrollo de estrategias interactivas de realimentación y la ejecución de una caracterización experimental dinámica del sistema.