Análisis de las consecuencias de asociar un elemento elástico a una ortesis activa de rodilla

Abstract

Este trabajo presenta las consecuencias de incorporar un elemento elástico al actuador de una ortesis activa de rodilla. Para ello, se realiza el análisis dinámico de un modelo biomecánico con distintos diseños para el sistema de actuación de la ortesis de rodilla integrada. Con la finalidad de estudiar las ventajas y desventajas debidas a su incorporación, se determina la dinámica de cada diseño y se realiza una comparación sobre los parámetros relevantes en el ámbito. El estudio se enmarca en un proyecto en el que se ha desarrollado un prototipo de una ortesis activa de rodilla y tobillo con control de apoyo (Stance-Control Knee-Ankle-Foot Orthosis) para asistir la marcha de lesionados medulares incompletos. Para la realización de los diseños del sistemas de actuación es necesario conocer las especificaciones mecánicas, que son los esfuerzos articulares que realiza una persona sana al caminar, y el rango de trabajo en el que se suelen emplear los elementos elásticos. Para ello, después de realizar una búsqueda bibliográfica sobre el estado del arte de ensayos en distintos tipos de dispositivos ortésicos, se realiza un estudio de la marcha humana a partir de la captura en el Laboratorio de Biomecánica de ETSEIB (Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona) realizada por Arroyo basándose en el modelo similar al de Sistiaga. El trabajo incluye una breve explicación teórica sobre la biomecánica de la marcha humana y los cálculos utilizados durante el proyecto. Además, comprende parte del proceso requerido en cualquier estudio biomecánico: el análisis cinemático inverso del sistema a partir de los datos de la captura del movimiento con el que se obtienen los ángulos que orientan los distintos sólidos que conforman el sistema, y el análisis dinámico inverso con el que se obtiene el torsor muscular necesario en cada articulación que permite la cinemática impuesta. Una vez obtenidos los datos que definen el movimiento de la ortesis, se trata de efectuar un estudio preliminar de comparación entre distintos diseños encontrados en la literatura científica (implementación de modelos en el software MATLAB). Para poder cumplir con el plazo previsto se han realizado simplificaciones tanto en los cálculos de los distintos diseños de ortesis como en el modelo de la pierna. Sin embargo, a partir del modelo propuesto, se pueden realizar estudios de sensibilidad de distintos parámetros, que con modelos más complejos supondrían un alto coste computacional. Precisamente por ese motivo, no se ha escogido un diseño concreto (ni un valor concreto de k), unicamamente se han analizado las mejoras que ofrece la incorporación del elemento elástico.