Control cinemático y de fuerza de una mano robótica para el agarre estable

Este proyecto tratar de allanar el camino para futuros desarrollos que involucren alguno de los pilares fundamentales del mismo; detección, posicionamiento y reconocimiento de objetos por medio de Point Cloud Library, uso de la mano Shadow Hand UPCT, uso de ROS y sincronización entre dos robots. Así como la comunicación entre ROS y un robot no embebido en dicho sistema por incompatibilidades. De este modo, el proyecto trata de servir a fines mayores; por un lado, puede definirse como parte de un proyecto de mayor envergadura concebido junto a J.Macanás: Sincronización entre el robot Shadow Hand y un brazo robótico LWA-4P de Robotnik para alcanzar y agarrar de forma estable diversos objetos. Por otro lado, trata de servir como herramienta de iniciación o apoyo para el grupo NEUROCOR en la realización de su proyecto internacional relacionado con el desarrollo de un exoesqueleto. Así, sin más preámbulos, se puede señalar que este proyecto presenta como objetivos primordiales: • Aprendizaje y familiarización con Linux (Debian y Ubuntu). • Puesta en marcha del robot Shadow Hand. • Desarrollo de software básico de movimiento del robot usando API’s y C básico. • Aprendizaje y familiarización con ROS. • Aprendizaje de C++ y familiarización con Python. • Integración, configuración y prueba del robot en ROS. • Realizar agarres estables de objetos con el robot Shadow Hand. • Desarrollo de librerías propias de control en C++. • Desarrollo de un sistema de visión artificial con reconocimiento de objetos y triangulación de coordenadas. • Puesta en marcha del sistema de Visión Artificial. • Reconocer los objetos a agarrar mediante un sistema de visión artificial integrado en ROS. • Adhesión física del robot Shadow Hand al brazo Robotnik Schunk LWA-4P. • Desarrollo de las pautas para la sincronización del robot con un brazo robótico, programado por terceros. Los objetivos se han presentado desglosados según las metas puntuales definidas para cada una de las fases en las que se ha estructurado el proyecto. Los elementos remarcados constituyen partes adicionales, no incluidas en la rúbrica, que complementan los objetivos principales, añadiendo valor al desarrollo realizado.Escuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Politécnica de Cartagen

Evaluación de un entorno de teleoperación con ROS

[Resumen] En este artículo se resume el desarrollo de un sistema de teleoperación para el Grips de Kraft TeleRobotics. La integración con ROS permite el uso de varias herramientas de análisis de datos, visualización, simulación, e interacción con múltiples sensores. Como instrumento maestro del sistema se propone el dispositivo háptico Phantom Omni de SensAble, para el que se ha desarrollado una reflexión de fuerzas.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2015-68842-

Altered Hematopoiesis in Mice Lacking DNA Polymerase μ Is Due to Inefficient Double-Strand Break Repair

Polymerase mu (Polμ) is an error-prone, DNA-directed DNA polymerase that participates in non-homologous end-joining (NHEJ) repair. In vivo, Polμ deficiency results in impaired Vκ-Jκ recombination and altered somatic hypermutation and centroblast development. In Polμ−/− mice, hematopoietic development was defective in several peripheral and bone marrow (BM) cell populations, with about a 40% decrease in BM cell number that affected several hematopoietic lineages. Hematopoietic progenitors were reduced both in number and in expansion potential. The observed phenotype correlates with a reduced efficiency in DNA double-strand break (DSB) repair in hematopoietic tissue. Whole-body γ-irradiation revealed that Polμ also plays a role in DSB repair in non-hematopoietic tissues. Our results show that Polμ function is required for physiological hematopoietic development with an important role in maintaining early progenitor cell homeostasis and genetic stability in hematopoietic and non-hematopoietic tissues

Usefulness of bone turnover markers as predictors of mortality risk, disease progression and skeletal-related events appearance in patients with prostate cancer with bone metastases following treatment with zoledronic acid: TUGAMO study

Owing to the limited validity of clinical data on the treatment of prostate cancer (PCa) and bone metastases, biochemical markers are a promising tool for predicting survival, disease progression and skeletal-related events (SREs) in these patients. The aim of this study was to evaluate the predictive capacity of biochemical markers of bone turnover for mortality risk, disease progression and SREs in patients with PCa and bone metastases undergoing treatment with zoledronic acid (ZA). Methods: This was an observational, prospective and multicenter study in which ninety-eight patients were included. Patients were treated with ZA (4mg every 4 weeks for 18 months). Data were collected at baseline and 3, 6, 9, 12, 15 and 18 months after the beginning of treatment. Serum levels of bone alkaline phosphtase (BALP), aminoterminal propeptide of procollagen type I (P1NP) and beta-isomer of carboxiterminal telopeptide of collagen I (b-CTX) were analysed at all points in the study. Data on disease progression, SREs development and survival were recorded. Results: Cox regression models with clinical data and bone markers showed that the levels of the three markers studied were predictive of survival time, with b-CTX being especially powerful, in which a lack of normalisation in visit 1 (3 months after the beginning of treatment) showed a 6.3-times more risk for death than in normalised patients. Levels of these markers were also predictive for SREs, although in this case BALP and P1NP proved to be better predictors. We did not find any relationship between bone markers and disease progression. Conclusion: In patients with PCa and bone metastases treated with ZA, b-CTX and P1NP can be considered suitable predictors for mortality risk, while BALP and P1NP are appropriate for SREs. The levels of these biomarkers 3 months after the beginning of treatment are especially importantThis study was supported by Novartis Oncology Spai

Analysis and design of a flexible exoskeleton for the upper limbs

Los exoesqueletos son robots que circunscriben la anatomía del usuario para asistir su locomoción. Durante los últimos años, el concepto se ha aplicado a distintas áreas de la vida cotidiana, siendo las aplicaciones de rehabilitación médica la más consolidadas. Ejemplos como Marsi Bionics, Gogoa, Able o Hocoma demuestran la revolución que suponen estos robots para rehabilitar y restaurar la movilidad de una persona. Para ello, los exoesqueletos de rehabilitación poseen una estructura rígida y, por lo general, voluminosa capaz de mover el cuerpo del paciente. Sin embargo, estas grandes estructuras no son adecuadas para tareas cotidianas en las que se requiere destreza y una amplia variedad de movimientos. Por ello, los exoesqueletos pasivos y activos mono articulares han tenido mayor aplicación en industria durante los últimos años; dispositivos como los de las empresas Skelex y Verve Motion ofrecen un punto de acuerdo en el que el robot mejora el rendimiento y salud postural del trabajador. Los problemas musculoesqueléticos son, de hecho, una gran carga para empresas y trabajadores. Estas afecciones del sistema locomotor están catalogadas entre los principales motivos de baja laboral y deterioro de la calidad de vida. Tanto es así que la Organización Mundial de la Salud ha alertado, reiteradamente, sobre la gravedad de su creciente impacto socioeconómico. Estos informes también señalan ineficiencias en los protocolos y herramientas actuales que pueden derivar en la saturación de los sistemas sanitarios. Así, desde los distintos organismos de salud como el OHSR se promueve el desarrollo de métodos con los que combatir la fatiga muscular, malas posturas y distracción. En este contexto, los exoesqueletos tienen un gran interés al reducir el estrés muscular y fatiga asociados a una tarea. No obstante, su aplicación a entornos cotidianos plantea una serie de retos relacionados con la capacidad del robot para adaptarse y reproducir movimientos humanos. Durante los últimos años, los investigadores se han lanzado a buscar formas de mejorar la interacción humano-robot. Entre ellas, destaca la adición de grados de libertad pasivos y el uso de mecanismos de rigidez variable que imitan la respuesta dinámica de las articulaciones. En los últimos años también han surgido nuevas tendencias que abandonan las estructuras rígidas y voluminosas para optar por diseños flexibles y blandos. El exotraje del Harvard Biodesign Lab es uno de los ejemplos más icónicos y tempranos de esta nueva tendencia. Este exoesqueleto flexible de Harvard usa unas mallas para distribuir cables por las piernas y asistir la marcha. El reducido peso, tamaño y simplicidad de estos exotrajes ha revolucionado la asistencia de tareas con cargas medias o bajas. No obstante, la deformabilidad de su estructura requiere investigar en detalle la eficiencia y robustez de esta estrecha cooperación entre humano y robot. Esta tesis estudia el diseño de exoesqueletos flexible que asistan codo y hombro evitando restringir el resto de movimientos articulares. La motivación de la investigación surge de la escasez de soluciones activas y flexibles para el tren superior, así como de la alta incidencia de lesiones en los brazos. La metodología planteada minimiza la estructura robótica mediante el estudio histológico y anatómico del tren superior. A partir de este análisis, se analizan zonas de baja movilidad por las que guiar la actuación cableada. La fijación de estos elementos se ha conseguido mediante el estudio de técnicas de costura y composición textil, lo que ha permitido obtener un diseño compacto y ligero. Para ello, la dirección de la urdimbre y el patrón de costura deben coincidir con las fuerzas que se desea propagar por las telas y transferir al usuario. La configuración de los tejidos para la propagación de fuerzas ha permitido desarrollar un nuevo método para acoplar el exoesqueleto al cuerpo humano que reduce la presión aplicada en la piel. La libertad de movimiento es una de las premisas del diseño estudiado; concretamente, el exoesqueleto contempla la libre abducción horizontal del brazo, la rotación glenohumeral y la pronación-supinación del antebrazo. Para ello, el mecanismo de flexión del codo analiza la utilidad de un esquema de polea móvil, mientras que la elevación del hombro y extensión del codo estudia el uso de mecanismos deformables (compliant mechanisms). De forma complementaria, la tesis profundiza en aspectos de actuación y sensado. En materia de sensado se ha realizados dos aportaciones: un sensor para medir la tensión del cable y una matriz vestible de sensores flexibles resistivos para estimar la posición del hombro. Por otra parte, las aportaciones de actuación se resumen en el estudio del diseño de una estructura portable y varios módulos de actuación. ----------ABSTRACT---------- Exoskeletons are robots that surround their users’ anatomy to assist locomotion. In recent decades, they have gradually irrupted in different daily living scenarios; specifically, rehabilitation is one of the most solid environments where their consolidation has been revolutionary. Examples like Marsi Bionics, Gogoa, Able, or Hocoma attest to the exoskeleton’s value for recovering and restoring the patient’s mobility. Rehabilitation exoskeletons are commonly rigid and self-supportive so that they can mobilise the human body. Nonetheless, their bulkiness and rigidity can restrict everyday tasks. In contrast, passive and monoarticular devices, like Skelex and Verve Motion, have attracted the attention of the industry in recent years. These exoskeletons are envisioned as a trade-off between automation and human labour, where the robot improves the operator’s performance and health. Musculoskeletal conditions (MSD) are indeed a significant burden for the workforce worldwide. These ailments of the locomotor system are a leading cause of occupational absenteeism and life quality detriment. Their growing incidence and the need to tackle them has been repeatedly alerted by the World Health Organisation (WHO). In this context, there is evidence of systematic inefficiencies in current tooling and preventive mechanisms. Specifically, health organisations encourage finding methods to combat muscle fatigue, bad posture, and distraction. In recent decades, exoskeletons have been shown to reduce muscle stress and improve posture, either by assisting the user’s movements or supporting demanding postures like over- head maintenance. Despite the promising results, everyday tasks still entail challenges regarding their adaptation to the human anatomy. Attempts to make the robot replicate human motion have been extensively studied. Examples range from structures with redundant joints to variable stiffness mechanisms that modify the dynamic behaviour of the articulation. The last years have also witnessed the rising of new trends that leave behind rigid and bulky structures, seeking more supple and flexible designs. The lower limb exosuit from Harvard Biodesign Lab is one of the most iconic and early prototypes. This flexible exoskeleton embeds a cable-driven mechanism in running tights to assist the gait cycle. Such lightweight, compactness, and simplicity of flexible exoskeletons have proven disruptive for light and medium tasks. However, this involves studying new methods to accomplish close and reliable cooperation between the robot and the human. This thesis studies the design of novel cable-driven exosuits for assisting the elbow and shoulder without restricting the arm’s workspace. The research is motivated by the existing gap in active upper solutions covering the shoulder and the incidence of occupational lesions. The methodology adopted minimises the robot’s structure by the histological and anatomical study of the upper limbs’ motion. The tendons have been routed through areas of the human body that endure minimal shape variation to reduce the actuation’s misalignment during motion. The investigation also delves into tailoring and fabric stacking to compact the design by creating force-directed garments. Configuring the propagation of forces in clothes has resulted in a novel method to couple exoskeletons to the human body, which reduces the pressure on the skin and promotes comfort. The exosuit considers the arm’s horizontal abduction, glenohumeral rotation, and the forearm’s pronation-supination. To this end, the convenience of embedding mobile pulley schemes in the mechanism to flex the elbow has been studied. In contrast, compliant mechanisms have been assessed to tackle the anatomical variability when assisting the shoulder and the elbow extension. Complementarily, the thesis delves into sensing and portable actuation for flexible exoskeletons. The sensing contributions consist of a sensor that estimates the tendon’s tension and a system to track shoulder motion. In contrast, actuation focuses on studying the design of a portable structure and various actuation modules

Análisis de un brazo robótico con Gazebo y ROS para tareas de inspección remota en el CERN

Con el devenir de los tiempos e incentivado por el desarrollo tecnológico, la cantidad y complejidad de los experimentos realizados en el conocido laboratorio de física de partículas, C.E.R.N, ha alcanzado límites insospechados. Además, su evolución se acentúa y motiva con cada nuevo descubrimiento. Prueba de estas ansias por desvelar las entrañas y secretos del universo se encuentra en el choque de 13 TeV que tuvo lugar el pasado mes de mayo. Con él, no sólo se marcaban inequívocamente las expectativas del complejo para este nuevo ciclo de funcionamiento, sino que además se daba el pistoletazo de salida a la carrera que culminaría con el descubrimiento de los pentaquarks. A nivel ingenieril, esta mejora de las capacidades del complejo implica un exponencial endurecimiento de las exigencias impuestas a los sistemas empleados. Por consiguiente y de forma inevitable, las condiciones del interior del acelerador migran hacia baremos cada vez más drásticos. Tanto es así que los niveles de radiación alcanzados actualmente limitan notablemente el acceso de personal al acelerador; lo que se traduce en un incremento de los tiempos de mantenimiento y reparación. Actualmente estos retardos tratan de ser mitigados mediante el uso de robots móviles operados remotamente. De entre ellos, llama la atención aquél conocido bajo el acrónimo T.I.M (Train for RP Survey and visual inspection in LHC). Este tren, constituido por 5 vagones, se desplaza a lo largo del acelerador de partículas midiendo los niveles de radiación y oxígeno al tiempo que proporciona realimentación visual. En el presente proyecto se propone la mejora de las tareas de inspección y mantenimiento mediante la integración de un manipulador robótico de 6 grados de libertad en uno de los vagones del citado tren. De este modo, se consigue un sistema capaz de trasladarse a cualquier punto del acelerador, en un tiempo record, y realizar una gran cantidad de tareas de mantenimiento que comprenden desde simples inspecciones visuales a complejas labores como puede ser desatornillado o extracción de componentes dañados. Por otro lado, se plantea un segundo desarrollo sobre el que sustentar el diseño propuesto: “Construcción de un simulador robótico de alta fiabilidad, basado en ROS y Gazebo”. Adicionalmente, esta herramienta Software atiende a otros fines complementarios: sirve de trampolín para futuros desarrollos encauzados a la mejora del sistema mecánico; entrega una herramienta de bajo coste con la que analizar la integración de nuevos hitos en robótica y, por último, permite evaluar la adopción de un nuevo paradigma de programación en el que ROS se encuentre inmerso

A Cable-Driven Exosuit for Upper Limb Flexion Based on Fibres Compliance

Flexible soft exoskeletons, so-called exosuits, are robotic devices that interact with their users to assist or enhance muscle performance. Their lightweight design and lack of rigid parts allow assisting the user's natural motion without any constraints. They are thereby valuable in carrying out daily labour tasks and performing active stances of rehabilitation. Nonetheless, the usage of these devices in long-term applications demands anatomically adaptive designs and mechanisms to tackle textile artefacts and discrepancies in the human constitution. The soft exoskeleton described in this article is a textile-wearable design that assists shoulder and elbow flexion. The cable-driven actuation is embedded in a jacket by using several textiles and deformable parts. The inconveniences of using textile such as slipping, dampening, and pressure sores are tackled by combining textile layers with force-compliant sewing. The design also includes pieces for cable guidance, anchoring and support. These parts employ different tailoring methods so as to ease fabrication, wearing and cleaning. The motors and electronics, whose design is compatible with textiles too, are placed in a backpack. This configuration reduces forces from loads in motion and weight on the arm. Finally, the last part of the document discusses the preliminary results that have been obtained from four subjects who have worn the device.This work was supported in part by the ‘‘Exoesqueleto Ligero para la Generación de Fuerzas en las Extremidades Superiores Aplicado a Tareas de Rehabilitación (ExoFlex)’’ Project funded by the Spanish Ministerio de Economía, Industria y Competitividad under Grant DPI-2015-68842-R, and in part by the ‘‘Lightweight Upper Limbs eXosuit for BImanual Task Enhancement/Exoesqueleto Ligero del Tren Superior para Ayuda a Tareas Bimanuales (LUXBIT)’’ funded by the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades under Grant RTI2018-094346-BI00.Peer reviewe

Hybrid Exoskeleton for Upper Limb Rehabilitation

[Abstract] The last decades have witnessed a rapid and vast development of robots for physical rehabilitation that allow efficient planning of the rehabilitation process in terms of cost, duration of sessions and availability of the therapist. This project aims to qualitatively evaluate an exoskeleton for upper body rehabilitation. The device presents an approach to the development of a device with the end-effector anchored to the ground that performs the actuation on an exoskeleton coupled to the body of the subject by cables. Experimentation with patients suffering from the supraspinatus tendon is documented by performing a series of movements dictated by a doctor.[Resumen] Las últimas décadas han sido testigos de un rápido y vasto desarrollo de robots para la rehabilitación física que permiten una planificación eficiente del proceso de rehabilitación en términos de costo, duración de sesiones y disponibilidad del terapeuta. Este proyecto tiene como objetivo evaluar cualitativamente un exoesqueleto para la rehabilitación del tren superior. El dispositivo expone un acercamiento al desarrollo de un dispositivo con el efector final anclado a tierra que realiza la actuación sobre un exoesqueleto acoplado al cuerpo del sujeto mediante cables. Se documenta la experimentación con pacientes que padecen del tendón supraespinoso realizando una serie de movimientos dictados por un médico.Los trabajos de este artículo han sido parcialmente financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación, bajo el proyecto LUXBIT (RTI2018-094346-B-100) y por el Programa Propio de I+D+i de la Universidad Politécnica de Madri

A Portable Flexible Exoskeleton to Assist Elbow Flexion

[Resumen] Los exoesqueletos son robots que circunscriben la anatomía humana para asistir su locomoción. Entre las distintas categorías, los exoesqueletos flexibles o exotrajes (del término anglosajón exosuit) se caracterizan por su ligereza y bajas restricciones al movimiento. Los exotrajes emplean principalmente elementos flexibles, como tela, por lo que carecen de una estructura rígida autoportante. Por el contrario, estos robots se apoyan en el sistema musculo-esquelético al que transfieren fuerzas asistenciales. Este artículo describe el sistema para flexar el codo del exoesqueleto LUXBIT. El proyecto LUXBIT busca crear un exoesqueleto portable para asistencia de tareas bimanuales. Para ello emplea un sistema textil de agarre y transferencia de fuerzas al usuario basado en un esquema de polea móvil. El uso de métodos de costura ha proporcionado una solución compacta, fácil de mantener y versátil. Este diseño reduce la presión aplicada sobre la piel. Los últimos apartados muestran los resultados de aplicar el sistema en cuatro sujetos.[Abstract] Exoskeletons are robots that surround the human anatomy to assist locomotion. Flexible exoskeletons, so-called exosuits, use soft materials and actuation methods to deliver a lightweight and unobstrusive construction. Their lack of a rigid self-supportive structure requires them to support their functioning on the users’ anatomy. This paper covers the mechanism to flex the elbow used by the flexible exoskeleton LUXBIT. The LUXBIT project aims to attain a flexible portable exoskeleton to assist the arms in bimanual tasks. The exoskeleton has a textile coupling that combines fabrics’ stacking and sewing patterns to transfer mobilising forces to the user. The actuation’s compactness has been achieved by applying tailoring methods. The resulting design is versatile, easy to maintain, and does not apply pressure to the skin constantly. The last sections evaluate the exoskeleton in four healthy subjects.Los trabajos de este artículo han sido parcialmente financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación, bajo el proyecto LUXBIT (RTI2018-094346-BI00

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A definitive consequence of the aging process is the progressive deterioration of higher cognitive functions. Defects in DNA repair mechanisms mostly result in accelerated aging and reduced brain function. DNA polymerase µ is a novel accessory partner for the non-homologous end-joining DNA repair pathway for double-strand breaks, and its deficiency causes reduced DNA repair. Using associative learning and long-term potentiation experiments, we demonstrate that Polµ(-/-) mice, however, maintain the ability to learn at ages when wild-type mice do not. Expression and biochemical analyses suggest that brain aging is delayed in Polµ(-/-) mice, being associated with a reduced error-prone DNA oxidative repair activity and a more efficient mitochondrial function. This is the first example in which the genetic ablation of a DNA-repair function results in a substantially better maintenance of learning abilities, together with fewer signs of brain aging, in old mice