Modelling, design, and construction of a wrist rehabilitation exoskeleton

• J. L. Sarmiento-Ramos ^[2] ; M. F. Anaya-Rojas ^[1]
  1. [1] Universidad Manuela Beltrán

     Universidad Manuela Beltrán

     Colombia

     
  2. [2] Universidad Santo Tomás, Colombia
• Localización: Scientia et Technica, ISSN 0122-1701, Vol. 27, Nº. 3, 2022, págs. 177-185
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Modelado, diseño y construcción de un exoesqueleto para rehabilitación de la muñeca
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Este trabajo presenta el modelado, diseño, construcción y control de un exoesqueleto para rehabilitación de la flexión/extensión y abducción/aducción de la articulación de la muñeca. Los modelos dinámicos de los movimientos de la muñeca se obtienen por medio de la formulación de Euler-Lagrange, y se construyen en Simulink de MATLAB junto con un control PIDen lazo cerradoque representa el control natural neuromusculoesquelético del humano. Se realizan simulaciones para estimar el torque requerido en la articulación para producir los movimientos funcionales de la muñeca en un adulto promedio colombiano. El exoesqueleto es diseñado en el software CAD SolidWorks, construido a través de impresión 3D en ácido poliláctico (PLA), accionado por dos servomotores, y controlado por una tarjeta Arduino UNO que establece comunicación con un aplicativo móvil Android desarrollado en MIT App Inventor para el ingreso de los parámetros de la terapia de rehabilitación. El resultado de este trabajo es un exoesqueleto liviano con una masa total de 0.64 [kg] incluyendo servomotores, microcontrolador y baterías, con la capacidad de ser usado para prácticas de telerehabilitación, garantizando seguimiento del desplazamiento angular con errores por debajo del 10%

  • English

    This work presents the modelling, design, construction, and control of a wrist joint flexion/extension and abduction/adduction rehabilitation exoskeleton.The dynamic models of the wrist movements are obtained using Euler-Lagrange formulation andare built in Simulinkof MATLAB in conjunction with a PID closed-loop control representing the human natural neuromusculoskeletal control. Simulations are carried out to estimate the joint torque required to produce the functional wrist movements in an average Colombian adult. The exoskeleton is designed in SolidWorks CAD software, built through 3D printing in polylactic acid (PLA), powered by two on-board servomotors, and controlled by an Arduino UNO board that establishes communication with an Android mobile app developed in MIT App Inventor for enteringthe rehabilitation therapy parameters.The result of this work is a lightweight exoskeleton witha total mass of0.64[kg] including servomotors, microcontroller, and batteries, with the ability to be used in telerehabilitation practices, guaranteeing angular displacement tracking errors under 10%.