Disseny mecànic d’una ortesi activa per a lesionats medul·lars a partir de l’anàlisi dinàmica de la marxa humana

Abstract

En aquest projecte es presenta el disseny mecànic d’una ortesi activa tipus SCKAFO (Stance Control Knee Ankle Foot Orthosis) pensada per assistir la marxa de lesionats medul·lars incomplets, amb una classificació C o D segons ASIA (American Spinal Injunry Associaton). Per comprendre el mecanisme seguit per les persones al caminar, s’inclou una breu explicació sobre la biomecànica de la marxa humana. També es descriuen quines són les mancances dels lesionats medul·lars que es poden beneficiar de la tecnologia dissenyada. A més, es realitza una recerca bibliogràfica sobre l’estat de l’art de les ortesis i de l’anàlisi de la marxa, aspecte fonamental per al disseny de dispositius exosquelètics. Per a la realització del disseny cal conèixer les especificacions mecàniques, que són els esforços articulars que realitza una persona sana quan camina. Per a tal fi, es fa una anàlisi dinàmica de la marxa humana. Coneixent la cinemàtica i les forces de contacte amb el terra d’un subjecte sa caminant, es resol un problema de dinàmica inversa. S’utilitzen les equacions de Lagrange amb multiplicadors per trobar els esforços desitjats. Les dades de moviment i de força necessàries per a l’anàlisi s’obtenen a partir d’una captura realitzada al laboratori de biomecànica de l’ETSEIB. Al llarg del projecte es fa una explicació de la metodologia seguida per fer la captura i es presenten i discuteixen els resultats obtinguts, tant a nivell cinemàtic com a nivell dinàmic. Un cop es coneixen les especificacions, es realitza el disseny mecànic del dispositiu sota la hipòtesi que els esforços necessaris per a la marxa assistida d’un lesionat són aproximadament els mateixos que els necessaris per a la marxa d’un subjecte sa (Kao et al., 2010). L’ortesi es dissenya seguint les recomanacions d’un metge i un tècnic ortopeda. El resultat és una ortesi que actua de forma passiva, amb una molla, sobre el turmell i de forma activa sobre el genoll. L’actuació sobre el genoll es realitza amb un motor elèctric i un reductor -col·locats en paral·lel a la cuixa per tal d’estalviar espai- durant la fase de balanceig i amb un sistema de bloqueig comercial durant la fase de recolzament. El funcionament es troba automatitzat gràcies a un sistema de control. Finalment, es fa una anàlisi de viabilitat del projecte per al cas que es vengués l’ortesi durant 7 anys a l’estat espanyol i que la seva producció fos seriada. Aquesta anàlisi dóna per suposada la viabilitat tècnica de la solució per la que s’ha optat i estudia la viabilitat a nivell social, econòmic i ambiental. A nivell social, es fa una hipòtesi dels clients que es tindran a partir de dades estadístiques de lesionats medul·lars. A nivell ambiental, es justifica un ús racional dels recursos i s’explica breument quin seria el procés a seguir per tractar els residus. A nivell econòmic, es realitza un estudi de la viabilitat de comercialització del producte i es dóna una estimació del preu de venda