Control basado en modelo de exoesqueleto pediátrico para la marcha

Adriana Elizabeth Cruz Cortes; Mariana Felisa Ballesteros Escamilla; David Cruz Ortiz

doi:10.29057/icbi.v14iEspecial.15479

Autores/as

Adriana Elizabeth Cruz Cortes Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0009-0006-9599-1258
Mariana Ballesteros Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0003-2879-4474
David Cruz-Ortiz Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0003-2066-7470

DOI:

https://doi.org/10.29057/icbi.v14iEspecial.15479

Palabras clave:

Exoesqueleto pediátrico, Ciclo de la marcha, Rehabilitación robótica

Resumen

Se presenta el desarrollo y el control de un exoesqueleto de miembro inferior (EMI) para la movilización de usuarios pediátricos durante el ciclo de la marcha. El diseño mecánico del EMI es ajustable, diseñado para usuarios de 7 a 10 años (edad escolar), y contempla las dimensiones antropométricas y seis rangos angulares: flexión/extensión de cadera, rodilla y tobillo en ambas extremidades. La manufactura del dispositivo comprende principalmente estructuras fabricadas mediante impresión tridimensional con filamento de ácido poliláctico, perfiles ranurados de aluminio, dos sistemas de guía lineal, rodamientos y un soporte de aluminio para sostener el peso del exoesqueleto. Como parte del control del dispositivo, se implementó un control proporcional, integral y derivativo con compensación de la dinámica del sistema a partir del modelo dinámico simplificado del EMI. Los resultados se evaluaron mediante el error cuadrático medio, mostrando que el control propuesto es capaz de realizar el seguimiento de la trayectoria del ciclo de la marcha estándar de un usuario en edad escolar.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Baud, R., Manzoori, A. R., Ijspeert, A., y Bouri, M. (2021). Review of control strategies for lower-limb exoskeletons to assist gait. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 18, 1–34.

Cantero, M. J. P., Medinilla, E. E. M., Martínez, A. C., y Gutiérrez, S. G. (2021). Abordaje integral del niño con parálisis cerebral. Anales de Pediatría, 95, 276–e1. Elsevier.

Chaurand, R., León, L., Muñoz, E., y Centro de Investigaciones en Ergonomía, Universidad de Guadalajara. (2001). Dimensiones antropométricas de población latinoamericana: México, Cuba, Colombia, Chile. Colección Modulor. Universidad de Guadalajara.

MOASA Perfiles. (2023). Perfiles IPS. MOASA Perfiles, México. Catálogo técnico de perfiles IPS.

Moll, F., Kessel, A., Bonetto, A., Stresow, J., Herten, M., Dudda, M., y Adermann, J. (2022). Use of robot-assisted gait training in pediatric patients with cerebral palsy in an inpatient setting—A randomized controlled trial. Sensors, 22(24), 9946.

Pacheco-Cherrez, J., Tudón-Martínez, J.-C., y Lozoya-Santos, J. d. J. (2025). Recent advances in pediatric wearable lower-limb exoskeletons for gait rehabilitation: A systematic review. IEEE Access.

Patel, D. R., Neelakantan, M., Pandher, K., y Merrick, J. (2020). Cerebral palsy in children: A clinical overview. Translational Pediatrics, 9(Suppl 1), S125.

Prado-León, L. R., Ávila-Chaurand, R., y González-Muñoz, E. L. (2001). Anthropometric study of Mexican primary school children. Applied Ergonomics, 32(4), 339–345.

Rakhmatillaev, J., Bucinskas, V., Juraev, Z., Kimsanboev, N., y Takabaev, U. (2024). A recent lower limb exoskeleton robot for gait rehabilitation: A review. Robotic Systems and Applications, 4(2), 68–87.

Sankar, W. N., Laird, C. T., y Baldwin, K. D. (2012). Hip range of motion in children: What is the norm? Journal of Pediatric Orthopaedics, 32(4), 399–405.

Sarajchi, M., y Sirlantzis, K. (2023a). Design and control of a single-leg exoskeleton with gravity compensation for children with unilateral cerebral palsy. Sensors, 23(13), 6103.

Sarajchi, M., y Sirlantzis, K. (2023b). Pediatric robotic lower-limb exoskeleton: An innovative design and kinematic analysis. IEEE Access, 11, 115219–115230.

Senden, R., Marcellis, R., Meijer, K., Willems, P., Lenssen, T., Staal, H., Janssen, Y., Groen, V., Vermeulen, R. J., y Witlox, M. (2023). Dataset of 3D gait analysis in typically developing children walking at three different speeds on an instrumented treadmill in virtual reality. Data in Brief, 48, 109142.

Soucie, J., Wang, C., Forsyth, A., Funk, S., Denny, M., Roach, K., Boone, D., y Hemophilia Treatment Center Network. (2011). Range of motion measurements: Reference values and a database for comparison studies. Haemophilia, 17(3), 500–507.

The Timken Company. (2020). Timken Miniature and Thin Section Bearing Catalog. The Timken Company, North Canton, OH, USA. Catalog Number 10626.

THK Co., Ltd. (2023). Linear Motion System: Slide Pack. THK, Tokyo, Japan. Catálogo técnico, versión 12.

Touati, N., Saidi, I., y Mbarek, H. B. H. (2024). PID control of a lower limb rehabilitation exoskeleton. Rehabilitation, 7(8).

Tucker, M. R., Olivier, J., Pagel, A., Bleuler, H., Bouri, M., Lambercy, O., Millán, J. d. R., Riener, R., Vallery, H., y Gassert, R. (2015). Control strategies for active lower extremity prosthetics and orthotics: A review. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 12, 1–30.

Yan, T., Cempini, M., Oddo, C. M., y Vitiello, N. (2015). Review of assistive strategies in powered lower-limb orthoses and exoskeletons. Robotics and Autonomous Systems, 64, 120–136.

Yu, L., Leto, H., y Bai, S. (2023). Design and gait control of an active lower limb exoskeleton for walking assistance. Machines, 11(9), 864.

Yu, W. (2018). PID control with intelligent compensation for exoskeleton robots. Academic Press.