ES2335337B1 - Dispositivo de deteccion de la intencion de movimiento de un usuario,adaptado a un exoesqueleto. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de detección de la intención de
movimiento de un usuario, adaptado a un exoesqueleto.
Dispositivo de detección de la intención de
movimiento de un miembro de un usuario, adaptado a un exoesqueleto,
que comprende un soporte (2) adaptado al miembro del usuario, y al
menos un sensor (3) dispuesto en el soporte (2) y que mide una
fuerza inicial ejercida por el miembro del usuario. El dispositivo
comprende una pluralidad de sensores (3) dispuestos adyacentes entre
sí en el soporte (2) y que cubren sustancialmente el perímetro del
miembro del usuario.
Description
Dispositivo de detección de la intención de
movimiento de un usuario, adaptado a un exoesqueleto.
La presente invención se relaciona con un
dispositivo de detección de la intención de movimiento de un miembro
de un usuario, adaptado a un exoesqueleto.
La robótica vestible o dispositivo mecatrónico
de asistencia, que incluye entre otros dispositivos las ortosis,
exoesqueletos y robots colaborativos, tiene como objetivo la
asistencia a las personas en diferentes ámbitos como pueden ser la
rehabilitación, la mejora de la movilidad en personas con
discapacidad, la realización de tareas repetitivas y pesadas, la
multiplicación de fuerza, etc. Está claro que para que la asistencia
o colaboración sea óptima debe existir una perfecta armonización de
la interacción entre el dispositivo mecatrónico y la persona a la
que debe asistir, además de garantizar su seguridad.
Cuando una persona porta, o es asistida por una
ortosis, exoesqueleto o robot colaborativo, los movimientos entre la
ortosis, exoesqueleto o robot colaborativo y la parte del cuerpo en
contacto con ella deben estar acompasados procurando que sean
naturales, confortables y seguros. Para poder realizar un control
adecuado de los dispositivos mecatrónicos, es necesario conocer en
cada momento la intención del movimiento que el usuario desea
realizar.
Son conocidos dispositivos mecatrónicos que
captan el movimiento de la mirada como el descrito en el documento
JP 8266576A, o de la cabeza con ayuda de cámaras que reconocen las
expresiones faciales o gestos, señales cerebrales y/o los comandos
de voz.
Por otro lado, también se conocen dispositivos
mecatrónicos que se basan en la medición de unas señales
electromiográficas (EMGs) tal y como se describe en el documento US
7,367,958 B2. Las señales electromiográficas son señales eléctricas
que generan los músculos cuando se extienden o se contraen, de modo
que dichas señales se utilizan para identificar el comienzo y final
de los movimientos de la parte del cuerpo sobre la que aquellos
actúan. Normalmente, para cada movimiento se estudian las señales de
dos músculos antagonistas, captadas mediante unos electrodos
colocados encima de los músculos correspondientes, sobre la piel del
usuario. Posteriormente, el dispositivo mecatrónico es capaz de
generar los pares adecuados para asistir el movimiento
posterior.
En US 7,162,305 B2 se describe un dispositivo
eléctrico de estimulación que comprende un sensor, unos electrodos y
un controlador que recibe la señal captada por el sensor, la compara
con respecto a un valor predeterminado y genera una señal eléctrica
desde los electrodos siempre que la señal captada por el sensor
supere al valor predeterminado.
Uno de los problemas asociados a este tipo de
señales electromiográficas es que en este tipo de señales influye no
sólo el esfuerzo realizado sino las características propias del
músculo, las influencias externas, etc.
El objeto de la presente invención es el de
proporcionar un dispositivo de detección de la intención de
movimiento de un miembro de un usuario según se describe en las
reivindicaciones.
El dispositivo de detección de la invención está
adaptado a usuarios que tienen una mínima capacidad motora en dicho
miembro pudiendo iniciar el movimiento del miembro pero no llegar a
realizarlo completamente, o que realizan tareas repetitivas y/o
pesadas, etc.
El dispositivo de detección de la intención de
movimiento de la invención comprende un soporte adaptado al miembro
del usuario, y una pluralidad de sensores dispuestos en el soporte y
que miden una presión/fuerza inicial ejercida por el miembro del
usuario. La pluralidad de sensores se dispone adyacente entre sí en
el en el soporte, cubriendo sustancialmente el perímetro del miembro
del usuario, de este modo cualquier presión inicial ejercida por el
miembro es captada por el sensor o los sensores correspondientes, y
por consiguiente, la intención de movimiento de dicho miembro es
deducida fácilmente a partir de los datos de presión/fuerza captados
inicialmente.
El dispositivo de detección de la intención de
movimiento es un dispositivo compacto, optimizado y de uso
sencillo.
Estas y otras características y/o ventajas de la
invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la
descripción detallada de la invención.
Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de un
dispositivo de detección de la intención de movimiento según la
invención, en una posición cerrada.
Fig. 2 muestra una vista en perspectiva del
dispositivo de detección de la intención de movimiento mostrada en
la Fig. 1, en una posición abierta.
Fig. 3 muestra un esquema de las conexiones de
unos sensores que comprende el dispositivo de detección de la Fig.
1.
Fig. 4 muestra una vista parcial de un
exoesqueleto que comprende el dispositivo de detección de la
intención de movimiento mostrado en la Fig. 1.
En las figuras 1 y 2, se muestra una realización
de un dispositivo de detección de la intención de movimiento 1 de un
miembro de un usuario según la invención, siendo dicho dispositivo
de detección de la intención de movimiento 1 adaptado a un
exoesqueleto. El dispositivo de detección de la intención de
movimiento 1 tiene como objeto la asistencia a las personas en
diferentes ámbitos como pueden ser la rehabilitación, la mejora de
la movilidad en personas con discapacidad, la realización de tareas
repetitivas y pesadas, la multiplicación de fuerza, etc.
En la realización descrita, el dispositivo de
detección 1 tiene forma de brazalete adaptable a una muñeca del
usuario, aunque en otras realizaciones dicho dispositivo de
detección 1 puede adaptarse al perímetro de cualquier otro miembro
del cuerpo, como por ejemplo el brazo, la pierna, el tobillo, etc.,
siendo el perímetro, el contorno cerrado que abraza dicho
miembro.
El dispositivo de detección de la intención de
movimiento 1 mostrado en las figuras 1 y 2, comprende una estructura
4 sustancialmente rígida hecha de un material preferentemente
plástico, un soporte 2 sustancialmente plano y flexible que se fija
en el interior de la estructura 4, y una pluralidad de sensores 3
dispuestos en interior del soporte 2, longitudinales con respecto a
dicho soporte 2 y adyacentes entre sí. En una posición cerrada del
dispositivo de detección de la intención de movimiento 1, mostrada
en la figura 1, el soporte 2 y la estructura 4 se disponen
sustancialmente concéntricos, cubriendo la pluralidad de sensores 3
el perímetro de la muñeca del usuario, de modo que cualquier
movimiento de la muñeca es detectado por dicha pluralidad de
sensores 3.
El soporte 2 está hecho de un material flexible,
preferentemente plástico, y tiene dos extremos 2a,2b que se disponen
sustancialmente adyacentes entre sí, en la posición cerrada del
dispositivo de detección de la intención de movimiento 1,
delimitando un contorno cerrado que abraza el miembro.
Por otro lado, la estructura 4 comprende un
elemento principal 4a que incluye una abertura 6 para permitir la
colocación del dispositivo de detección de la intención de
movimiento 1 en la muñeca, y un elemento secundario 4b que cierra la
abertura 6 correspondiente una vez que ha sido colocado
correctamente el dispositivo de detección de la intención de
movimiento 1 en la muñeca.
Además, el dispositivo de detección de la
intención de movimiento 1 comprende unos medios de fijación 8 que
fijan la estructura 4 a la muñeca del usuario, comprendiendo los
medios de fijación 8 una banda 9 sustancialmente flexible sobre cuyo
interior se fija el elemento principal 4a y el elemento secundario
4b de la estructura 4, siendo la longitud de la banda 9 superior al
perímetro del elemento principal 4a y del elemento secundario 4b, de
modo que un extremo libre 9a de la banda 9 se fija por unos medios
de fijación rápida, como por ejemplo velero, sobre el exterior de la
propia banda 9.
Por otro lado, en el interior del soporte 2 se
fija, por tecnologías conocidas, la pluralidad de sensores 3. Dicha
pluralidad de sensores 3 son sensores de presión que miden la
fuerza/presión que realiza el usuario al inicio de un movimiento.
Preferentemente, dichos sensores 3 comprenden unos electrodos y unas
láminas poliméricas electroactivas.
Cuando el usuario inicia un movimiento de la
muñeca ejerce, en función del tipo de movimiento, una presión
inicial sobre uno o varios puntos de la estructura 4, siendo dicha
presión inicial captada por el sensor 3 correspondiente o por los
sensores 3 correspondientes. Ante cualquier tipo de movimiento
iniciado por el usuario se produce una variación significativa en la
presión que mide uno o varios sensores 3 respecto a la presión de
dichos sensores 3 medida en reposo, de modo que se determina a
partir de la variación de presión inicial, la intención de
movimiento del usuario.
Por otra parte, el dispositivo de detección de
la intención de movimiento 1 comprende además una primera unidad de
control 10 que alimenta eléctricamente a la pluralidad de sensores 3
y acondiciona las señales detectadas por dicha pluralidad de
sensores 3, y una segunda unidad de control 11, comunicada con la
primera unidad de control 10, que lee las señales acondicionadas por
la primera unidad de control 10 y deduce la intención de movimiento
del miembro por parte del usuario, ambas primera unidad de control
10 y segunda unidad de control 11 representadas esquemáticamente en
la figura 3.
Cada sensor 3 puede estar directamente conectado
a la primera unidad de control 10, tal y como se muestra en la
figura 3, de modo que cada señal captada por el sensor 3
correspondiente es enviada a la primera unidad de control 10 de
forma individualizada, o bien la pluralidad de sensores 3 es
multiplexada a la primera unidad de control 10, no representado, de
modo que en cada momento sólo se interroga un sensor 3.
Por otra parte, hay que tener en cuenta que las
señales proporcionadas por los sensores 3 varían en función de la
presión ejercida, y en función de la propia función de transferencia
del sensor 3 correspondiente, de forma que ante una misma presión,
dos sensores pueden proporcionar diferentes respuestas debido a
diferencias en su composición. Para evitar esta situación, las
señales captadas por la multiplicidad de sensores 3 son
normalizadas, utilizando unas etapas de ganancia adaptadas a cada
sensor 3 bien en la primera unidad de control 10, o bien en la
segunda unidad de control 11, obteniéndose de este modo el mismo
nivel de señal ante una misma presión ejercida.
La segunda unidad de control 11 analiza las
señales acondicionadas provenientes de la primera unidad de control
10 y deduce el tipo de movimiento que desea realizar el usuario.
Para ello, descompone el movimiento en los movimientos del miembro
respecto a la estructura 4 considerados preferentes: arriba, abajo,
derecha, izquierda, giro a la derecha y giro a la izquierda.
Por último en la figura 4 se muestra una vista
parcial de un exoesqueleto 15 que comprende el dispositivo de
detección de la intención de movimiento 1. Así pues, la información
sobre el movimiento que desea realizar el usuario se envía a una
unidad externa de control del exoesqueleto 15 a fin de que dicho
exoesqueleto realice las acciones oportunas orientadas a ayudar al
usuario con dificultades motoras, en el movimiento del miembro.
El exoesqueleto 15, así como la fijación del
dispositivo de detección de la intención de movimiento 1 a dicho
exoesqueleto 15, es un ejemplo concreto de realización no
limitativo, pudiendo adaptarse dicho dispositivo de detección de la
intención de movimiento 1 a cualquier otro tipo de exoesqueleto.
Claims (8)
1. Dispositivo de detección de la intención de
movimiento de un miembro de un usuario, adaptado a un exoesqueleto,
que comprende un soporte (2) adaptado al miembro del usuario, y al
menos un sensor (3) dispuesto en el interior del soporte (2) y que
mide una fuerza inicial ejercida por el miembro del usuario,
caracterizado porque comprende una pluralidad de sensores (3)
dispuestos adyacentes entre sí en el interior del soporte (2) y
longitudinales a dicho soporte (2), cubriendo dicha pluralidad de
sensores (3) sustancialmente el perímetro del miembro del usuario, y
al menos una unidad de control (10, 11) que recibe las señales
captadas por uno o varios sensores de dicha pluralidad de sensores
(3) deduciendo el movimiento que desea realizar el usuario en
función del sensor o sensores (3) que detecten dicho movimiento.
2. Dispositivo de detección de la intención de
movimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
donde la pluralidad de sensores (3) se disponen en la parte interior
del soporte (2), en contacto con el miembro del usuario.
3. Dispositivo de detección de la intención de
movimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
donde el soporte (2) es flexible.
4. Dispositivo de detección de la intención de
movimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que
comprende una estructura (4) en cuyo interior se fija el soporte
(2), siendo la estructura (4) rígida.
5. Dispositivo de detección de la intención de
movimiento según la reivindicación 4, en donde la estructura (4)
comprende un elemento principal (4a) que incluye una abertura (6)
para el montaje en el miembro del usuario, y un elemento secundario
(4b) que cierra la abertura (6) correspondiente una vez montado.
6. Dispositivo de detección de intención de
movimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
donde la pluralidad de sensores (3) son sensores de presión.
7. Dispositivo de detección de intención de
movimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
donde la pluralidad de sensores (3) comprende unos electrodos y unas
láminas poliméricas electroactivas.
8. Exoesqueleto que comprende un dispositivo de
detección de intención de movimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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