Diseño y control de exoesqueleto robótico para la rehabilitación y asistencia de los movimientos de la mano

Resum

La mano es uno de el principal instrumento de que dispone el ser humano para interactuar con el medio físico. Más allá de la manipulación, las manos juegan un papel importante en otros aspectos de la vida diaria como son la comunicación no verbal o el control postural mediante apoyos externos. Por ello, los individuos que sufren algún tipo de desorden o enfermedad que afecte a la movilidad de la mano ven mermada su calidad de vida y pueden desarrollar dependencia en multitud de situaciones. Los desarrollos en el campo de la robótica ofrecen soluciones potenciales para la reducción de esta dependencia. En particular, los dispositivos vestibles como los exoesqueletos pueden ayudar a reducir este impacto, bien sea por su utilización para la consecución de terapias de rehabilitación más efectivas, o por las posibilidades que estos ofrecen como elemento de asistencia en entornos domésticos y actividades de la vida diaria. La presente Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de un exoesqueleto robótico que, por sus características constructivas, pueda ser aplicado a entornos tanto de rehabilitación como asistencia. Como innovación, este exoesqueleto cuenta con un nuevo tipo de arquitectura de sensor de fuerza, integrable en el dispositivo, favoreciendo la ligereza y portabilidad del equipo y ofreciendo una interfaz de control de fuerza versátil en multitud de entornos. Junto a la interfaz de fuerza, se estudian otro tipo de interfaces basadas en parámetros biológicos y cinemáticos, con el propósito de dotar al sistema de la versatilidad necesaria para adaptarse a diferentes perfiles de usuario. Además, se presentan dos aplicaciones prácticas del dispositivo en entornos de rehabilitación complejos y situaciones cotidianas no estudiadas previamente. Los resultados de este trabajo se recopilan en cuatro publicaciones en revistas indexadas en el \textit{Journal Citation Reports} (JCR). La publicación \textit{Multimodal robotic system for upper-limb rehabilitation in physical environment} estudia la integración del exoesqueleto de mano en un sistema de robots y sensores que permiten implementar terapias manipulativas en entornos reales, utilizando una interfaz humano-máquina basado en señales electromigráficas. Como alternativa a la electromiografía en etapas avanzadas de rehabilitación se plantean nuevas interfaces de captura de movimiento y realimentación de fuerza, desarrolladas en el trabajo \textit{Hand exoskeleton for rehabilitation therapies with integrated optical force sensor}. Una descripción detallada del sensor de fuerza integrado en el exoesqueleto se puede encontrar en la publicación \textit{Customizable optical force sensor for fast prototyping and cost-effective applications}. Por último, la publicación \textit{Exploring new potential applications for Hand Exoskeletons: Power grip to assist human standing} estudia la aplicabilidad de los exoesqueletos de mano como apoyo al control postural.