Diseño y control de exoesqueleto robótico para la rehabilitación y asistencia de los movimientos de la mano

Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales y de Telecomunicación por la Universidad Miguel Hernández de ElcheHands are one of the main instruments used by humans for interacting with physical environment. Furthermore, hands play an important role in other aspects of daily living such as non-verbal communication or postural control assisted by external supports. Therefore, individuals that suffer some kind of hand impairment become dependent in many common situations, reducing their quality of life. Developments in the field of robotics result in potential solutions to overcome their dependency. In particular, wearable devices such as exoskeletons can help to lessen the impact of the impairment by becoming a new tool for providing more intense and effective rehabilitation therapies, or by their potential applications to assist people during their activities of daily living in a domestic environment. This Doctoral Thesis focuses on the development of a robotic exoskeleton that, due to its constructive features, can be applied to both rehabilitation and assitance environments. As an innovation, this exoskeleton has a new type of force sensor architecture, integrable in the device, favoring the lightness and portability of the equipment and offering a versatile force control interface in a multitude of environments. Along with the force interface, other types of interfaces based on biological and kinematic parameters are studied, in order to provide the system with the necessary versatility to adapt to different user profiles. In addition, two practical applications of the device are presented in complex rehabilitation settings and everyday situations not previously studied. The results of this work are compiled in four publications in journals indexed in the Journal Citation Reports (JCR). The publication Multimodal robotic system for upper-limb rehabilitation in physical environment studies the integration of the hand exoskeleton in a system of robots and sensors that allow the implementation of manipulative therapies in real environments, using a human-machine interface based on electromyographic signals. As an alternative to electromyography for advanced stages of rehabilitation, new interfaces based on motion capture and force feedback are proposed, results are published in the paper Hand exoskeleton for rehabilitation therapies with integrated optical force sensor. A detailed description of the force sensor integrated in the exoskeleton can be found in the publication Customizable optical force sensor for fast prototyping and cost-effective applications. Finally, the publication Exploring new potential applications for Hand Exoskeletons: Power grip to assist human standing studies the applicability of hand exoskeletons to improve postural control

Sistema robótico multimodal de miembro superior para interacción con entornos físicos

[Resumen] Este artículo describe el diseño de un sistema robótico multimodal enfocado a proporcionar a personas con movilidad reducida, la capacidades de interaccionar con objetos reales. Con este sistema se pretende cubrir todo el proceso de interacción, desde la selección del objeto con el que se quiere interactuar, pasando por alcanzar y agarrarlo, hasta volver a dejar el objeto. El sistema se compone de un robot diseñado para rehabilitación de miembro superior, de un exoesqueleto de mano, un sistema de seguimiento de mirada, un dispositivo de seguimiento de objetos, y un sistema de detección de intención de movimiento. Con este propósito, en este artículo se presenta la arquitectura del sistema, especificando los elementos particulares que serán utilizados en un escenario experimental para comprobar la viabilidad del sistema.Este trabajo ha sido financiado por la Comisión Europea (ICT-22-2014: Multimodal and Natural computer interaction) a través del proyecto AIDE: ”Adaptive Multimodal Interfaces to Assist Disabled People in Daily Activities” (Grant agreement no: 645322); y por el Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto DPI2015-70415-C2-2-Rhttps://doi.org/10.17979/spudc.978849749808

Arquitectura de control multimodal para robótica asistencial

[Resumen] Este documento presenta una arquitectura de control multimodal para robótica de asistencia, la cual trata de tener en cuenta las decisiones del usuario para mejorar en el desempeño de las tareas al mismo tiempo que se implementa un método para minimizar posibles errores en el manejo del robot mediante un control visual. A través de la información proporcionada por el sistema de eyetracking, el usuario será capaz de interactuar con el sistema para seleccionar el objeto deseado, indicar la intención de cogerlo o incluso abortar la ejecución. El sistema incorpora un sistema de tracking 3D para conocer la ubicación de los objetos con respecto al manipulador robótico. Este sistema nos sirve tanto para definir la posición que debe alcanzar el robot, como para corregir las posibles desviaciones durante la ejecución de la trayectoria.Este trabajo ha sido financiado por la Comisión Europea a través del proyecto AIDE: Adaptive Multimodal Interfaces to AssistDisabled People in Daily Activities (Grant agreementno: 645322) y por el Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto DPI2015-70415-C2-2-Rhttps://doi.org/10.17979/spudc.978849749808

Diseño de un sensor óptico de fuerza para exoesqueleto de mano

[Resumen] En este trabajo se presenta el diseño preliminar de un sensor de fuerza integrable en un dispositivo de rehabilitación y asistencia de la mano de tipo exoesqueleto. Como alternativa a las tradicionales células de carga, cuya miniaturización es económicamente costosa, se plantea el uso de un sistema óptico similar a los utilizados en micrometría. Para ello se diseña un tren de elementos ópticos que es sensible a pequeñas deformaciones del elementos estructural que los soporta, traduciendo desviaciones del orden de décimas de milímetro en variaciones milimétricas de la proyección de un haz de luz. En este artículo se plantea la integración del sensor en un exoesqueleto de mano, se detalla el modelado del sistema óptico utilizado para el dimensionamiento de los elementos y finalmente se exponen los resultados de las pruebas de concepto realizadas con un primer prototipo.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2015-70415-C2-2-RGeneralitat Valenciana.Conselleria d'Educació, Cultura i Esport; ACIF 2016/216 GeneralitatGeneralitat Valenciana.Conselleria d'Educació, Cultura i Esport; APOTIP 2016/02

Raw data employed to perform the algorithm used in the scientific paper: "Kinematic reconstruction of the upper limb joints in planar robot-aided therapies

<p>These files contain the raw data (acquired from different users) necessary to perform the algorithm introduced in the scientific paper:</p> <p>PAPER: Kinematic reconstruction of the upper limb joints in planar robot-aided therapies</p> <p>Authors: Arturo Bertomeu-Motos, Ricardo Morales, Jorge A. Díez, Luis D. Lledó, Francisco J. Badesa, Nicolas Garcia-Aracil</p> <p>Conference: ICORR 2015, IEEE 14th International Conference on Rehabilitation Robotics, August 2015</p> <p><br> All the orientations are expressed regarding the origin of the robot.</p> <p>a) Robot Joints: Planar robot joints acquired during the experiment, in radians (j1-j3 columns). This robot is referenced in the paper.<br> b) Quaternion IMU shoulder: Unit quatenion acquired through a 9DoFs Inertial Measurement Unit (IMU) developed by Shimmer (qw1-qz columns).<br> c) Upper arm acceleration: Acceleration acquired from a 3-axial accelerometer developed by Shimmer (X-Z columns). It is normalized regarding the gravity (9.81m/s^2).<br> d) Quaternion Tracker onto Shoulder: unit quaternion of the tracker placed onto the shoulder acquired from the tracking camera V120:trio developed by Optitrack (qw1-qz columns).<br> e) Quaternion Tracker onto Upper Arm: unit quaternion of the tracker placed onto the upper arm acquired from the tracking camera V120:trio developed by Optitrack (qw1-qz columns).</p

The bigaussian nature of ocular biometry

El objetivo es estudiar cómo la forma de la distribución refractiva se puede derivar de la biometría ocular por medio de un modelo gaussiano multivariante. Para ello, se miden pacientes sanos (1136 ojos derechos). Se toma autorrefracción y biometría óptica Los datos biométricos obtenidos se ajustaron con combinaciones lineales de Gaussianas multivariantes para crear una simulación, a partir de la cual se calculó la refracción correspondiente. Estos datos simulados se compararon con los datos medidos en pacientes. Como resultado se observó que la distribución de la refracción ocular se asemeja más a una función bigaussiana que a una única función gaussiana, sugiriendo que la población general puede estar compuesta por dos subgrupos separados con diferentes propiedades biométricas

The components of adult astigmatism and their age-related changes

En este artículo se analiza cómo cambia con la edad el astigmatismo corneal e interno. Para ello se realizó un estudio multicéntrico a nivel europeo en donde se recogieron datos de 1195 pacientes sanos de todas las edades y en los que se analizó dicha correlación, observando que en observadores jóvenes ambos astigmatismos se anulan parcialmente entre sí, pero que, a partir de los 50 años, el astigmatismo refractivo supera al interno, y hay una reorientación del eje

Distribution of the crystalline lens power in vivo as a function of age

El objetivo del trabajo es analizar los cambios relacionados con la edad en el cristalino en una población europea sana. Para ello, se miden biometrías de 1069 pacientes sanos de entre 20 y 85 años de edad. Como resultado se obtuvo que había una disminución monótona en el poder del cristalino con la edad, con un declive más pronunciado después de 55 años