Development of control stategies in a robotic lower-limb exoskeleton for patients with mobility impairments :

Abstract

En los últimos años, los exoesqueletos robóticos de las extremidades inferiores se han convertido en una herramienta poderosa para ayudar a los médicos a mejorar el proceso de rehabilitación de pacientes que han sufrido trastornos neurológicos como derrame cerebral y lesión de la médula espinal. Estos dispositivos robóticos han surgido como una alternativa prometedora para restaurar la marcha y mejorar la función motora mediante la aplicación de entrenamiento intensivo y repetitivo. Sin embargo, la participación activa del sujeto es se considera una característica importante para promover la neuroplasticidad durante el entrenamiento de la marcha. Con este fin, el presente estudio presenta el desarrollo de dos controles de alto nivel. estrategias en el exoesqueleto de AGoRA, un dispositivo portátil diseñado para ayudar en superficie caminar actuando cinco grados de libertad en las articulaciones de la rodilla y la cadera. El propuesto los enfoques de control se basan en un controlador de admisión para representar perfiles de velocidad de acuerdo con las fuerzas de interacción humano-robot, cumpliendo así con la asistencia justificación necesaria, es decir, un dispositivo de asistencia solo debe intervenir cuando el paciente lo necesita Como prueba del concepto de estas estrategias de control, se realizó un estudio piloto para evaluar su efecto a corto plazo sobre el patrón de marcha de sujetos sanos. No diferencia significativa con respecto a la condición no asistida en términos de espacio-temporal los parámetros de la marcha y la cinemática de las extremidades inferiores demuestran que el dispositivo cumple lo suficiente como para no variar el comportamiento típico de caminar de los sujetos sin discapacidad. Trabajo futuro debe centrarse en la mejora del sistema de fijación y la afinación robusta del controladores constantes en busca de compatibilidad cinemática y cumplimiento mejorado.

In the past years, robotic lower-limb exoskeletons have become a powerful tool to help clinicians improve the rehabilitation process of patients who have suffered from neurological disorders such as stroke and spinal cord injury. These robotic devices have emerged as a promising alternative to restore gait and improve motor function by applying intensive and repetitive training. However, active subject participation is considered to be an important feature to promote neuroplasticity during gait training. To this end, the present study presents the development of two high-level control strategies in the AGoRA exoskeleton, a wearable device designed to assist overground walking by actuating five degrees of freedom at the knee and hip joints. The proposed control approaches rely on an admittance controller to render velocity profiles according to the human-robot interaction forces, thus complying with the assistanceas- needed rationale, i.e. an assistive device should only intervene when the patient needs it. As a proof of concept of these control strategies, a pilot study was carried out to evaluate their short-term effect on the gait pattern of healthy subjects. No significant difference with respect to the unassisted condition in terms of spatiotemporal gait parameters and lower-limb kinematics proves the device to be compliant enough not to vary the typical walking behavior of able-bodied subjects. Future work should focus on the improvement of the fastening system and the robust tuning of the controller constants in pursuit of kinematic compatibility and enhanced compliance. Keywords: Robot-Assisted Gait Training, Lower-Limb Exoskeleton, Stroke, Gait