PABLO ANDRÉS URIZA ANTORVEZA
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EXOESQUELETO PARA ASISTIR EN LA REHABILITACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE EXTENSIÓN Y FLEXIÓN DEL CODO HUMANO. PABLO ANDRÉS URIZA ANTORVEZA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ, 2013
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EXOESQUELETO PARA ASISTIR EN LA
REHABILITACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE EXTENSIÓN Y FLEXIÓN DEL
CODO HUMANO.
PABLO ANDRÉS URIZA ANTORVEZA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ, 2013
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EXOESQUELETO PARA ASISTIR EN LA
REHABILITACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE EXTENSIÓN Y FLEXIÓN DEL
CODO HUMANO.
PABLO ANDRÉS URIZA ANTORVEZA
CÓDIGO: 201011870
Proyecto de grado como requisito parcial para obtener el título de
INGENIERO MECÁNICO
DIRIGIDO POR:
CARLOS FRANCISCO RODRÍGUEZ HERRERA PH. D.
Profesor Asociado
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ, 2013
Nota de aceptación:
_________________________________________
CARLOS FRANCISCO RODRÍGUEZ HERRERA PH. D.
Director de la Tesis
_________________________________________
JUAN PABLO BARRETO MELGAREJO
Jurado
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
BOGOTÁ, DICIEMBRE DE 2013
DEDICATORIA
Para mi Creador, Salvador y constante ayuda, a ti todo te lo debo y a ti mi todo daré.
Tú me das la astucia, las palabras y la sabiduría para comunicarme y sin ti nada
tiene sentido. Si alguna vez he de gloriarme de algo, me gloriaré de ti. Pusiste en
mis labios una nueva canción y es por tu gracia que camino hoy.
AGRADECIMIENTOS
Quisiera agradecerles a todas las personas que hicieron esto posible:
A Dios por darme la oportunidad de cumplir mis sueños de estudiar donde siempre
quise.
A mi tía y toda mi familia por estar siempre allí.
Al profesor Carlos Francisco Rodríguez por su asesoramiento y guía en la
realización de este proyecto.
A Daniel Felipe Ardila por su amistad y colaboración durante el desarrollo clave del
sistema de control.
A la Universidad de los Andes y al Departamento de Ingeniería Mecánica por
permitirme participar en este prestigioso programa académico.
Mamá no hay suficientes palabras para expresar mi agradecimiento por todo lo que
has invertido en mí. Tu apoyo y compañía me recuerdan cuánto me amas.
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 3
1.1. MOTIVACIÓN ........................................................................................................... 3
1.2. CONTEXTO .............................................................................................................. 3
1.3. TERAPIAS DE REHABILITACIÓN ........................................................................ 5
1.4. TRABAJO PREVIO .................................................................................................. 6
1.5. OBJETIVOS .............................................................................................................. 8
2. DISEÑO CONCEPTUAL ........................................................................................ 9
2.1. RANGO DE MOVIMIENTO ................................................................................. 9
2.2. SOLUCIONES COMERCIALES ......................................................................... 9
2.3. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO ............................................................... 10
2.4. UBICACIÓN ACTUADOR ................................................................................. 11
2.5. SELECCIÓN DE EQUIPO .................................................................................... 13
3. DISEÑO SISTEMA DE CONTROL ..................................................................... 17
3.1. PROPÓSITO DEL SISTEMA DE CONTROL ................................................ 17
3.2. IMPLEMENTACIÓN SISTEMA DE CONTROL ............................................. 17
4. INTERFAZ ............................................................................................................... 20
5. CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DEL PROTOTIPO ........................................ 21
5.1. PRUEBA DE MANUFACTURA ........................................................................ 23
5.2. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO .................................................................. 23
5.3. PRUEBA CON USUARIOS SANOS ............................................................... 25
6. CONCLUSIONES .................................................................................................. 29
6.1. TRABAJO FUTURO ........................................................................................... 29
REFERENCIAS ................................................................................................................. 30
7. ANEXOS .................................................................................................................. 32
ANEXO A ....................................................................................................................... 32
ANEXO B ....................................................................................................................... 33
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Anatomía brazo Humano (Junta de Andalucia, n.d.) ............................ 4 Ilustración 2 Desgarre en el codo: A Muestra la condición normal de los tendones
en el codo. B Muestra un tipo particular de desgarre. (Phillips, 2012) ....................... 5 Ilustración 3 Sistema de banda caminadora y pelvis con plataforma Stewart
(Mantilla, 2012) .................................................................................................................... 6 Ilustración 4 Robot usable para la rodilla (Barragán, 2013) ....................................... 7 Ilustración 5 Exoesqueleto con actuador neumático curvo (Zhang, Yang, Chen,
Zhang, & Dong, 2008) ........................................................................................................ 7 Ilustración 6 Rango de movimiento del codo (Washington State Department of
Social & Health Services, 2002) ....................................................................................... 9 Ilustración 7 Soluciones comerciales: a) JAS elbow device (JAS ez). b) Dispositivos Dynasplint para ayudar en la rehabilitación de extensión (izquierda) y flexión (derecha) (Dynasplint systems ,inc). c) Kinetec™ 6080™ Elbow CPM (Surgical Synergies). ......................................................................................................... 10 Ilustración 8 Problema de la ubicación del actuador ................................................. 11 Ilustración 9 Definición variables de interés ................................................................ 12 Ilustración 10 Brace de codo multigrado seleccionado (Ortopédicos Futuro, n.d.)
.............................................................................................................................................. 14 Ilustración 11 Actuador lineal Linak LA12 (Linak) ...................................................... 14 Ilustración 12 CAD de piezas para manufacturar: a) Unión del actuador con el
antebrazo del brace. b) unión del actuador con el brazo del brace. ......................... 15 Ilustración 13 CAD del prototipo ................................................................................... 16 Ilustración 14 Tarjeta DODOBOARD (Ardila, García, Rozo, Garzón, & Segura,
2013) ................................................................................................................................... 17 Ilustración 15 Circuito de potencia ............................................................................... 18 Ilustración 16 Potenciómetro de precisión (Bourns) .................................................. 19 Ilustración 17 Interfaz Matlab ........................................................................................ 20 Ilustración 18 Piezas de unión manufacturadas: a) Unión brazo-actuador, b)
Unión antebrazo-actuador. .............................................................................................. 21 Ilustración 19 Acople del potenciómetro ...................................................................... 21 Ilustración 20 Ensamblaje total ..................................................................................... 22 Ilustración 21 Prueba de posición del actuador ......................................................... 23 Ilustración 22 Utilización del programa Tracker ......................................................... 24 Ilustración 23 Resultados prueba de funcionamiento ............................................... 24 Ilustración 24 Comodidad en la extensión total .......................................................... 25 Ilustración 25 Comodidad en la flexión total ............................................................... 26 Ilustración 26 Comodidad del peso del prototipo ....................................................... 27 Ilustración 27 Características del prototipo ................................................................. 27 Ilustración 28 Resultados de oponerse al movimiento .............................................. 28
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Resultado modelo matemático ................................................................. 32
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1. INTRODUCCIÓN
1.1. MOTIVACIÓN
En los últimos años se ha avanzado en la interacción hombre-máquina y se han
desarrollado robots que facilitan las labores de los humanos en muchos ámbitos.
Un tema que ha resultado de interés es el uso de robots, por ejemplo exoesqueletos
que ayuden al movimiento de las extremidades humanas.
A pesar de que ya se ha trabajado el tema en Colombia, el desarrollo de la
interacción humano-robot en el campo de las órtesis, aún se encuentra en un estado
primario y es necesario hacer más trabajos que lleven a la investigación, al avance
y desarrollo de estos, en el país.
Siguiendo la trayectoria de algunos proyectos que se han realizado en la
Universidad de los Andes, se quiere diseñar, manufacturar y probar un robot usable,
enfocando el proyecto en los brazos, más específicamente en la articulación del
codo, y plantear una solución que facilite los movimientos de extensión y flexión.
Construir un robot que asista en los movimientos arriba mencionados, ayudaría no
solo en terapias de rehabilitación, sino además en la posibilidad de aumentar las
capacidades, en cuanto a las fuerzas que es capaz de ejercer el brazo humano, en
la ejecución de diversas tareas.
1.2. CONTEXTO
El funcionamiento de las extremidades superiores humanas, podría explicarse
brevemente con ayuda de la siguiente Ilustración 1 Anatomía brazo Humano. Cada
una consta de dos partes principales conocidas como brazo y antebrazo, la primera
sustentada en el humero y la segunda en el cúbito y el radio. Este proyecto se quiere
centrar en los movimientos de flexión y extensión del codo, que están principalmente
influenciados por los músculos bíceps y tríceps. El bíceps al ser contraído genera la
flexión de la extremidad, levantando el antebrazo, mientras que el tríceps al
contraerse es responsable de la extensión de la extremidad. (LeBlond, DeGowin, &
Brown, 2009)
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Ilustración 1 Anatomía brazo Humano (Junta de Andalucia, n.d.)
Dichas acciones de los músculos, tienen un efecto motriz debido a la presencia de
tendones que unen estos músculos con los huesos. Particularmente en el caso del
codo, se conoce como tendón del bíceps distal a aquel que ayuda en los
movimientos de interés.
Aunque existen lesiones más comunes en el bíceps proximal (cerca del hombro),
también se presentan afecciones en el bíceps distal, algunas más conocidas que
otras. Operaciones repetitivas, ya sean deportivas, laborales, o el levantamiento de
objetos pesados, pueden provocar desde tendinitis hasta un desgarre del tendón
del bíceps distal. Un mal común es el del “codo de tenista” que se caracteriza por
un agudo dolor en la articulación del codo (Regan, Grondin, & Morrey, 2009). En
cualquiera de los casos mencionados, luego de un periodo de recuperación de los
tejidos, es necesario empezar un programa de terapia de rehabilitación, en el que
poco a poco se reestablezca el rango de movimiento y la fuerza del miembro
afectado.
Las lesiones del tendón del bíceps pueden ser inflamatorias, degenerativas o
traumáticas como resultados de traumas repetitivos (Phillips, 2012). En la Ilustración
2 se puede observar el estado normal del codo y un tipo de desgarre del tendón del
bíceps.
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Ilustración 2 Desgarre en el codo: A Muestra la condición normal de los tendones en el
codo. B Muestra un tipo particular de desgarre. (Phillips, 2012)
1.3. TERAPIAS DE REHABILITACIÓN
En la fisioterapia se define el termino ROM (Range Of Motion) asociado a los
ángulos barridos por una extremidad en su movimiento natural. Las terapias de
rehabilitación buscan recuperar ese rango de movimiento en diferentes fases.
Existen ejercicios PROM (Passive Range Of Motion), AAROM (Active-Assisted
Range Of Morton) y AROM (Active Range Of Motion), los primeros requieren ayuda
total por parte del fisioterapeuta para completarlos, mientras que en los AAROM
aunque se da apoyo en el movimiento; se busca la participación del paciente para
que progresivamente recupere la fuerza en la articulación. Finalmente los ejercicios
AROM pretenden que el paciente realice movimientos naturales con pesas y
restricciones, que fortalezcan los músculos asociados al movimiento. Durante las
diferentes etapas, el barrido de ángulos se hace mayor hasta completar el rango
total de la articulación (Mazzara).
La necesidad de constantes visitas a los especialistas, además del uso de equipos
especializados, hace que en un país como Colombia, muchas personas no puedan
acceder de manera completa a estas terapias de rehabilitación. Debido a la
periodicidad con la que estos protocolos de recuperación deben desempeñarse
(Hearon), los usuarios afectados, deben incurrir en gasto de grandes sumas de
dinero en trasporte y pérdida de tiempo en su desplazamiento. De lo anterior surge
la idea de poder crear un equipo portátil, que eventualmente pueda ser alquilado,
de tal manera que los pacientes con lesiones que requieran terapia, puedan
realizarla en sus casas con la previa instrucción de un especialista y con su
supervisión periódica del mismo.
6
1.4. TRABAJO PREVIO
En la Universidad de los Andes, se han trabajado dos proyectos con el fin de
rehabilitar la marcha, ambos orientados a personas que sufran de algún mal
musculo-esquelético o neuronal. El centro de interés de uno de estos trabajos fue
la cadera (Mantilla, 2012), mientras que el otro estuvo enfocado en la rodilla
(Barragán, 2013), ambos con la idea de terminar ayudando en una etapa posterior
de investigación, a las víctimas de la situación bélica en Colombia. El enfoque de
exoesqueletos para los miembros superiores, aún no se ha trabajado en la
universidad, por eso este tema resulta de particular interés.
El trabajo de Mantilla se centró en el diseño y simulación de un robot de
rehabilitación, que fuera capaz de generar y desarrollar trayectorias de la marcha
humana con ayuda de una plataforma Stewart. Se pretendió con la plataforma dar
la inclinación correcta de la cadera durante el caminar, a su vez se planteó la
utilización de una banda caminadora para lograr la marcha del paciente.
Ilustración 3 Sistema de banda caminadora y pelvis con plataforma Stewart
(Mantilla, 2012)
Barragán desarrolló un prototipo para la rehabilitación de rodilla, tomando como
base un dispositivo ortopédico comercial y adaptando un actuador rotacional que se
encargó de mover la pantorrilla del paciente en rehabilitación. También implementó
un sistema de control con estrategia AAN (Asistance As Needed) que corrigió la
asistencia del exoesqueleto, según el desempeño del paciente con respecto a una
señal de marcha de un sujeto sano.
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Ilustración 4 Robot usable para la rodilla (Barragán, 2013)
Por otro lado, se han encontrado algunos artículos científicos de investigaciones
realizadas a nivel mundial, donde se plantean algunas soluciones también para
rehabilitación. Por ejemplo se han diseñado algunos exoesqueletos con actuadores
neumáticos, en la unión rotatoria del robot usable asociada al codo (Zhang, Yang,
Chen, Zhang, & Dong, 2008), e incluso planteamientos más complejo de
exoesqueleto que permita todos los grados de libertad del brazo en este proceso de
rehabilitación (Lo & Xie, 2012).
Ilustración 5 Exoesqueleto con actuador neumático curvo (Zhang, Yang, Chen, Zhang, &
Dong, 2008)
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1.5. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un exoesqueleto para el brazo humano, capaz de proporcionar
asistencia al ejercer las fuerzas que generan los movimientos de flexión y extensión
del codo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar la dinámica del brazo humano.
Diseñar el mecanismo de la órtesis robótica.
Diseñar un sistema de control de la rotación del exoesqueleto.
Construir el prototipo.
Evaluar los resultados.
9
2. DISEÑO CONCEPTUAL
2.1. RANGO DE MOVIMIENTO
A pesar de que mucha literatura menciona que el rango de movimiento del brazo,
en los movimientos de flexión y extensión está entre 0° y 150° (Washington State
Department of Social & Health Services, 2002), los dispositivos ortopédicos para
limitar estos movimientos durante el tiempo de recuperación, operan entre 0° y 120°.
Dado que se quiere utilizar algún dispositivo comercial para el desarrollo del
prototipo, se harán los cálculos con respecto al rango de movimiento entre 0° y 120°.
Ilustración 6 Rango de movimiento del codo (Washington State Department of Social &
Health Services, 2002)
2.2. SOLUCIONES COMERCIALES
Existen actualmente varios dispositivos en el mercado para ayudar en los procesos
de rehabilitación de extremidades. En la Ilustración 7 en la imagen a) se observa un
dispositivo de rehabilitación que restringe el movimiento del brazo para un solo
grado de libertad, relacionado con la articulación del codo. En éste, no se hace uso
de automatización del movimiento. La imagen b) presenta dos sistemas Dynasplint
que poseen bandas elásticas que generan resistencia al movimiento para
reestablecer la fuerza de la persona en terapia. El Kinetec 6068 de la imagen c),
posee un actuador rotacional para asistir en los ejercicios de rehabilitación del codo.
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Ilustración 7 Soluciones comerciales: a) JAS elbow device (JAS ez). b) Dispositivos
Dynasplint para ayudar en la rehabilitación de extensión (izquierda) y flexión (derecha)
(Dynasplint systems ,inc). c) Kinetec™ 6080™ Elbow CPM (Surgical Synergies).
2.3. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO
Diseño poco invasivo: El dispositivo no debe tener demasiadas restricciones
con respecto a su sujeción, debe permitir la libertad de movimiento de los
miembros que no estén en rehabilitación mientras se usa, y el espacio
operacional de trabajo del robot debe ser muy similar al de la extremidad.
Dispositivo liviano: Dado que no se quiere utilizar estructuras externas
adicionales para apoyar el exoesqueleto (puesto que esto bloquearía de
cierta manera la movilidad del individuo y durante la terapia el sujeto que
desempeñe la actividad de rehabilitación debería soportar las cargas del
dispositivo), tanto el actuador como las estructuras fabricadas para su
sujeción al brazo, deben ser de poco peso.
Capaz de dar el rango de movimiento: Se desea que el exoesqueleto pueda
barrer todos los ángulos que hacen parte del rango de movimiento del codo
humano, mientras lo asiste en esta operación.
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Capaz de generar las fuerzas para mover la articulación: Teniendo en cuenta
que un codo lesionado va a generar resistencia a ser movido, se quiere que
el actuador seleccionado pueda realizar el movimiento.
Portátil: El exoesqueleto debe poder transportarse con relativa facilidad y no
debe requerir de soporte adicional para su funcionamiento. Su alimentación
debería ser a un tomacorriente común (120VAC).
Diseño ergonómico: La comodidad del usuario prima, puesto que deberá
portar el prototipo durante el tiempo de la terapia el cual no es despreciable,
además no se quiere que el brazo soporte fuerzas que pudieran generar
movimientos no naturales de la articulación.
2.4. UBICACIÓN ACTUADOR
Se seleccionó un actuador lineal para mover el robot, puesto que éste por su
ubicación, cumpliría con un papel similar al del conjunto muscular responsable de
los movimientos de flexión y extensión del codo. Haciendo una primera
aproximación al problema utilizando el software Working Model 2D se hizo evidente
que la ubicación del actuador sobre los miembros del brazo, influía fuertemente
sobre el cambio de elongación del actuador, entre los límites del rango de
movimiento del brazo como se observa en la Ilustración 8.
Ilustración 8 Problema de la ubicación del actuador
Basándose en lo anterior, se decidió plantear una formulación matemática para
encontrar una ubicación factible del actuador, respondiendo a medidas comerciales.
Se plantearon algunas variables de interés que se pueden ver en la Ilustración 9,
donde se marcan las distancias a las que se ubican los pines de sujeción del
12
actuador, el ángulo de flexión-extensión del codo y otros ángulos que facilitan hallar
las relaciones entre las distancias dichas.
Ilustración 9 Definición variables de interés
Basándose en las variables discutidas con anterioridad se planteó la siguiente
formulación matemática:
min Μ
𝑠. 𝑎.
Μ ≥ 𝑀𝜃 ∀𝜃 ∈ 𝑅𝑂𝑀 (1)
𝑀𝜃 ≥ 𝑀𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (2)
0 ≤ 𝐹𝜃 ≤ 𝐹𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑀𝑎𝑥 ∀𝜃 ∈ 𝑅𝑂𝑀 (3)
𝑋1𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑥1 ≤ 𝐿1 (4)
0 ≤ 𝑥2 ≤ 𝐿2 (5)
0 ≤ 𝑥3 (6)
0 ≤ tan−1 (𝑥3
𝑥2) < 30° (7)
𝑑60° >= 𝐷𝑖𝑠𝑡𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑚𝑖𝑛 (8)
𝑑180° <= 𝐷𝑖𝑠𝑡𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑚𝑎𝑥 (9)
𝑥1, 𝑥2, 𝑥3 ∈ 𝑹 (10)
𝐹𝜃 ∈ 𝑹 ∀𝜃 ∈ 𝑅𝑂𝑀 (11)
En esta se quiere minimizar el máximo torque ejercido por el actuador sobre el
antebrazo, para lo cual se asume que un brazo en recuperación ejerce un momento
opositor al movimiento con magnitud 𝑀𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎. Se toman como variables de
13
decisión las distancias 𝑥1, 𝑥2 y 𝑥3, que indican la ubicación de los pines de los cuales
está sujetado el actuador lineal, y además la fuerza ejercida por el mismo en cada
punto 𝐹𝜃. Se tienen en cuenta los ángulos que correspondan al rango de movimiento
del brazo. Se definen las fuerzas tangenciales que son aquellas que van dirigidas
en el mismo sentido de los huesos del brazo. Debido a la configuración de la
estructura, las fuerzas que más probablemente pueden generar falla, son 𝐹𝑖𝑇𝜃. Los
puntos críticos del análisis están en los límites del ROM es decir 0° y 120°, pues es
allí donde se ejercerán las mayores fuerzas tangenciales.
Las ecuaciones (1) y (2), aseguran que se cumpla con el momento de referencia en
cada punto analizado. Las ecuaciones (3) y (11) definen el comportamiento de las
fuerzas ejercidas en la estructura del robot, limitándolas a la fuerza máxima nominal
del dispositivo. Las fuerzas tangenciales se hallan con las relaciones geométricas
definidas en la Ilustración 9.Las ecuaciones (4), (5), (6), (7) y (8) aseguran la no
negatividad de las variables 𝑥1, 𝑥2 y 𝑥3. Además las ecuaciones (9) y (10), aseguran
algunas restricciones deseadas sobre relaciones geométricas, con el fin de poder
acoplar el actuador lineal comercial.
2.5. SELECCIÓN DE EQUIPO
Con el fin de asegurar una buena sujeción del robot, se decidió comprar un brace
de codo, típico en la etapa de recuperación de lesiones antes mencionadas. Para la
construcción del prototipo se seleccionó el de la Ilustración 10, que permite fijar el
rango de movimiento con intervalos de 10°. Su diseño es liviano, ya que su
estructura está elaborada en platinas de aluminio y polímero. Posee unas
almohadillas fijadas a la estructura con ayuda de velcro, y todo lo anterior se sujeta
al brace con ayuda de las almohadillas y correas. Su precio habitual oscila alrededor
de 100 USD.
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Ilustración 10 Brace de codo multigrado seleccionado (Ortopédicos Futuro, n.d.)
El actuador lineal Linak LA12 (Ilustración 11) cumple con los requerimientos de peso
y tamaño. Éste es capaz de desarrollar 200N de fuerza y su voltaje de alimentación
nominal es 12V. La longitud entre sus dos puntos de acción cuando está totalmente
recogido es de 24.5 cm y tiene una carrera máxima de 13 cm, alcanzando
nominalmente una velocidad de extensión de 200mm/s, al operar a su fuerza
máxima y voltaje nominales. Tiene un costo aproximado de 150 USD y pesa cerca
de 2 kg. Por tales motivos y además por poderse conseguir con un proveedor local,
fue escogido para el proyecto.
Ilustración 11 Actuador lineal Linak LA12 (Linak)
Teniendo en cuenta la disposición de las barras del brace y las distancias logradas
por el actuador, se hizo uso del modelo matemático planteado en la sección anterior,
para hallar las distancias a las cuales debía ubicarse el dispositivo generador de
movimiento. Dado que se trata de una formulación con algunas restricciones no
lineales, se agregó una restricción asociada a la variable 𝑥2, de tal manera que
quedara en una zona del brace, donde fuera sencillo sujetar las piezas que lo unirían
al actuador. Los resultados se aproximaron a la décima de milímetro más cercana
para facilidad de la manufactura, dichos resultados pueden observarse en el
ANEXO A con mayor detalle. En resumen se tiene que de la bisagra del brace en la
15
dirección del húmero, debe haber una distancia de 31.1 cm. En la dirección del
cúbito y el radio la distancia sería de 6 cm también desde la bisagra, y además se
tendría una distancia perpendicular a la anterior, con respecto al centroide de 3.75
cm.
Las piezas a manufacturar se decidió fueran en aluminio, para mantener bajo el
peso del exoesqueleto y tener una resistencia de acuerdo a los esfuerzos
provocados en el movimiento de la articulación. Como requerimiento funcional,
debían tener unos pines de diámetro de 1 cm para acomodar el actuador. Para fijarlo
se pensó en utilizar seegers. Debido a que por comodidad del usuario, el actuador
iría ubicado en el lateral externo del brazo, se provocarían momentos no deseados
sobre la estructura del brace de codo pudiendo dañar las bisagras, por lo anterior
se decidió fijar el extremo móvil del actuador a una pieza sujetada a ambos lados
de la estructura principal. Esta pieza se prefirió que no fuera rígida para no limitar la
flexibilidad que tiene el mecanismo ortopédico al ajustarse al brazo de la persona.
La pieza fijada a la parte superior del brazo debía ser fácilmente acoplable y su
función podría ser la de extender la corta distancia de esa zona en el brace.
A continuación (Ilustración 12) se muestran los CAD de las piezas mencionadas. Así
como las platinas de las cuales está constituido el brace, estas piezas se diseñaron
con un espesor de 3mm. Se usó aluminio, tanto para el CAD como para la
manufactura. La imagen a) muestra dos piezas que se ensamblan a manera de
bisagra permitiendo parte de la flexibilidad original del mecanismo. Éste ensamblaje
debe ser fijado para que se cumpla con las distancias de 𝑥2 y 𝑥3 de la formulación
matemática de la sección 4. La imagen b) corresponde a la pieza fijada al brazo,
debe coincidir al posicionarse, con el valor de la variable 𝑥1.
Ilustración 12 CAD de piezas para manufacturar: a) Unión del actuador con el antebrazo
del brace. b) unión del actuador con el brazo del brace.
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Tomando las medidas reales del equipo descrito al comenzar esta sección, se
realizó un CAD que posteriormente fue utilizado para realizar la manufactura de los
componentes.
Ilustración 13 CAD del prototipo
La Ilustración 13 muestra la forma esperada de ensamblar y portar el exoesqueleto.
Se dieron medidas reales al CAD del brazo, para tener una mejor idea de cuánto
espacio del individuo ocupa el exoesqueleto.
17
3. DISEÑO SISTEMA DE CONTROL
3.1. PROPÓSITO DEL SISTEMA DE CONTROL
Dado que el movimiento controlado de la extremidad lastimada, es crucial en el
proceso de rehabilitación, se quiso controlar la rotación que el exoesqueleto
proporcionaría al brazo. Se planteó poder establecer límites pertenecientes al rango
de movimiento del codo, entre los cuales operara a manera de terapia. También se
quiso que se generara algún tipo de reporte a través de la interfaz, basado en el
funcionamiento del exoesqueleto con el fin de poder hacer seguimiento a la
rehabilitación de un paciente.
3.2. IMPLEMENTACIÓN SISTEMA DE CONTROL
Con el fin de desarrollar un control económico de fácil manejo para los usuarios, se
decidió hacer uso de la tarjeta de desarrollo electrónico de alto nivel DODOBOARD
diseñada por profesores y estudiantes asociados al Centro de Microelectrónica de
la Universidad de los Andes (CMUA). Esta tarjeta actualmente es una herramienta
activa del curso de Introducción a ingeniería eléctrica y electrónica de la Universidad
de los Andes.
Ilustración 14 Tarjeta DODOBOARD (Ardila, García, Rozo, Garzón, & Segura, 2013)
Cuenta con un protocolo de comunicación serial que permite conectarse fácilmente
a un computador, sin necesidad de adquirir equipos adicionales que incrementen el
costo del prototipo. Además cuenta con un sistema de adquisición y
almacenamiento de datos (Ardila, García, Rozo, Garzón, & Segura, 2013). Estas
características son atractivas para el proyecto, pues se desea que el usuario realice
18
las terapias de rehabilitación en su casa o en otros lugares diferentes a centros de
terapia ocupacional y/o semejantes. La tarjeta tiene un costo aproximado de 25
USD.
Se empleó el sistema de comunicación serial con el fin de diseñar rutinas de
rehabilitación, haciendo posible modificar y limitar los ángulos barridos por el
antebrazo al flexionar o extender el codo. Se utilizaron los puertos configurables de
salida, para que estos controlen la transferencia de potencia hacia el actuador lineal.
El puerto seleccionado para sensar, soporta señales entre 0 y 3.3 voltios, los cuales
la tarjeta compara con valores entre 0 y 255. Lo anterior implica que la tarjeta, puede
identificar cambios de aproximadamente 0.013 voltios en la señal sensada por el
puerto de adquisición.
Dado que el actuador lineal sólo cambia la orientación del movimiento del pistón
cuando se invierte la polaridad en su alimentación, y que los requerimientos
nominales de potencia del actuador superan los valores máximos soportados por la
DODOBOARD, fue necesaria la implementación de un circuito de potencia. Este
circuito consta de un puente H L298, que se encarga de transferir la potencia
necesaria para mover el motor del actuador. Su precio es aproximadamente 5 USD.
Ilustración 15 Circuito de potencia
Se seleccionó un potenciómetro de precisión, para poder conocer la posición del
brace. Los potenciómetros de precisión se diferencian de otras referencias
comerciales dado que un cambio en la rotación de su perilla, representa un cambio
lineal en la resistencia variable que es capaz de dar. En el mercado colombiano se
puede conseguir por un valor cercano a los 5 USD.
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Ilustración 16 Potenciómetro de precisión (Bourns)
En la Ilustración 16 se observa el potenciómetro seleccionado, el cual tiene una
resistencia nominal de 10kΩ y diez vueltas. Por lo tanto cada grado que se gire la
perilla, implica un cambio de 2.77Ω en la resistencia.
20
4. INTERFAZ
Para la comunicación del usuario con el exoesqueleto, se desarrolló un programa
en Matlab que permite elegir los límites dentro del rango de movimiento de la rutina
de terapia a desarrollar y cuando iniciar o detener dicha terapia. También es capaz
de graficar la posición sensada de la rotación asociada al antebrazo. Además cuenta
con un botón para iniciar la omunicación con la tarjeta DODOBOARD y una consola
de mensajes donde se muestra información de interés para el usuario.
Ilustración 17 Interfaz Matlab
El código de la interfaz, que puede detallarse en el ANEXO B, tiene funciones que
se comunican con la tarjeta de control y realizan modificaciones al comportamiento
del circuito según el estado de la variable sensada. Se plantearon algunos mensajes
de error para evitar un mal uso por parte del usuario.
Durante el desarrollo de la terapia la señal correspondiente a la rotación del brazo,
es muestreada cada 5 centésimas de segundo y cada punto es graficado en tiempo
real, para tener registro del ejercicio realizado.
21
5. CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DEL PROTOTIPO
Con el fin de tener un dispositivo liviano, se seleccionó aluminio 6061 para la
manufactura de las uniones del actuador con el brace. En la estructura mostrada en
la Ilustración 18 a), se agregaron dos ranuras en la parte posterior, de tal manera
que los remaches que hacen parte de la estructura original, no interfieran en el
ensamble. La Ilustración 18 b) muestra las piezas y el ensamblaje asociado a la
unión del actuador con el antebrazo, teniendo una forma en “C” para darle
estabilidad al dispositivo al momento de accionar el actuador.
Ilustración 18 Piezas de unión manufacturadas: a) Unión brazo-actuador, b) Unión
antebrazo-actuador.
Se acopló a presión una palanca de aluminio con la perilla del potenciómetro. El
extremo de ésta, está limitado en su movimiento por unos topes de aluminio, que
no generan cargas considerables sobre el potenciómetro, mas son capaces de
generar rotación de su perilla, cuando hay movimiento entre los dos extremos del
brace. El potenciómetro fue fijado a la parte central de la bisagra del dispositivo
ortopédico. Todas las piezas de aluminio tuvieron un costo aproximado de 4 USD.
Ilustración 19 Acople del potenciómetro
22
Al sensar el voltaje que caía en la resistencia variable del potenciómetro, se observó
que dentro de la comparación que hacía internamente la tarjeta, para el ángulo
interno de 60° se obtenía un valor de 111, mientras que para el ángulo de 180° el
valor fue de 103. Valiéndose de la linealidad del comportamiento de la resistencia
variable, se construyó una función en Matlab, que interpolaba el valor para cualquier
ángulo dentro del rango de movimiento del brazo y de esta manera se evaluaba si
la señal sensada estaba dentro de los límites deseados de movimiento y de acuerdo
a esto, se tomaba una acción ya fuera deteniendo el dispositivo o moviéndolo en el
sentido contrario, según se especificara por medio del programa.
Ilustración 20 Ensamblaje total
La Ilustración 20 muestra el ensamblaje definitivo del prototipo. Para la sujeción del
actuador con las uniones manufacturadas, se utilizaron seegers. Para las demás
piezas se usaron tornillos, de tal manera que el dispositivo pudiera ser
desmantelado en caso de querer hacer algún cambio en la ubicación o fijar un
repuesto de alguna pieza.
Fue posible realizar la manufactura y ensamble de un prototipo de exoesqueleto
que apoye en la rehabilitación de los movimientos de flexión y extensión del codo,
haciendo uso de materiales y equipo disponible en el mercado colombiano. El precio
total del dispositivo oscila alrededor de los 400 USD. Un dispositivo comercial con
funciones similares, cuesta 5800 USD1. Por esta razón, el desarrollo de un
dispositivo como este resulta económicamente viable.
1 http://www.pattersonmedical.com/app.aspx?cmd=getProduct&key=IF_44728
23
5.1. PRUEBA DE MANUFACTURA
Tomando las medidas determinadas con ayuda de la formulación matemática y sus
relaciones geométricas, se definió la distancia que debería haber entre los dos
puntos de sujeción del actuador, en función del ángulo interno del codo
Ilustración 21 Prueba de posición del actuador
Luego de construido el prototipo, se fijó el brazo en ciertos ángulos y se midió la
distancia entre los centros de los pines a los que va unido el actuador. Con base en
lo anterior, se graficaron ambas distancias, tanto la calculada como la medida
(Ilustración 21). Se observaron diferencias entre ambas series de datos para los
primero ángulos. Estas diferencias no superan los 8 mm.
5.2. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO
Para la prueba de funcionamiento, se hizo un video del prototipo en funcionamiento,
mientras operaba en un sujeto sano, barriendo todo el rango de movimiento del
brazo humano y con una masa de 2.5 kg en el extremo. Con ayuda del programa
Tracker se midió el ángulo entre los extremos del actuador con respecto al centro
de la bisagra del brace. Se marcaron estos puntos en cada fotograma del video
como se muestra en la Ilustración 22 para saber cómo el ángulo variaba durante el
funcionamiento. A este ángulo observado, se le sumó el que es constante entre las
distancias 𝑥2 y 𝑥3.
240
260
280
300
320
340
360
380
60 80 100 120 140 160 180
Elo
nga
ció
n a
ctu
ado
r (m
m)
Ángulo interno del codo (°)
Prueba de posición del actuador
Teorica
Real
24
Ilustración 22 Utilización del programa Tracker
Mientras se realizaba esta prueba, se tomaron y graficaron los datos sensados de
acuerdo a las variaciones del potenciómetro. La Ilustración 23 contiene la información
extraída del video con Tracker y la sensada por la tarjeta. De lo anterior se observa
que el valor correspondiente al potenciómetro tiene saltos entre valores y que llega
antes a los valores límite. Por lo tanto un mejor control de la rotación del brazo,
depende de la señal adquirida por la tarjeta y cómo sus cambios son percibidos por
la misma.
Ilustración 23 Resultados prueba de funcionamiento
25
5.3. PRUEBA CON USUARIOS SANOS
Se hizo una aproximación a los usuarios, ejecutaron pruebas del prototipo con
sujetos sanos de diferente contextura física, tanto hombres como mujeres. Se hizo
una terapia barriendo todos los ángulos correspondientes al rango de movimiento,
y se realizaron de 6 a 7 repeticiones con 11 hombres y 10 mujeres. Luego de esto
se les pidió que clasificaran con valores discretos entre 1 y 4 la comodidad (1 siendo
incómodo y 4 siendo cómodo) en ciertas situaciones y que respondieran sí o no a
algunas preguntas.
Ilustración 24 Comodidad en la extensión total
La primera (Ilustración 24) prueba consistió en extender totalmente el exoesqueleto,
para de esta manera conocer cuál era la percepción de comodidad de cada uno de
los encuestados. Los resultados en general estuvieron parejos entre aceptable 52%
y cómodo 48%, obteniéndose una calificación promedio de 3.47. El 60% de las
mujeres lo calificaron como cómodo, mientras que el 64 % de los hombres lo
calificaron como aceptable, los resultados pueden deberse a la contextura física de
los hombres.
26
Ilustración 25 Comodidad en la flexión total
Se solicitó a los encuestados calificar el grado de comodidad que sentían cuando el
exoesqueleto estaba totalmente flexionado, el resultado se puede apreciar en la
Ilustración 25. Aunque la percepción fue mixta, el 52% opinó que era molesto. La
calificación promedio para esta característica fue de 2.57, por lo cual el grado de
comodidad se encuentra en un 76% entre molesto y aceptable. La mitad de las
mujeres lo calificaron como aceptable, mientras que el 82% de los hombres
opinaron que cuando el exoesqueleto estaba totalmente flexionado resultaba
molesto. Por ende un factor como la masa corporal (menor en las mujeres que en
los hombres) del individuo que use el exoesqueleto, condiciona la percepción que
este tiene sobre la terapia y el prototipo.
En cuanto al peso del prototipo, la percepción puede ser observada en la Ilustración
26. La calificación promedio fue de 3.19. El número de hombres que dio la
calificación de cómodo (55%) fue similar al que calificó el peso como aceptable
(45%), sin obtenerse ninguna calificación inferior; sin embargo la percepción de las
mujeres fue mucho más variada. El 40% de las mujeres calificó el peso del prototipo
entre incómodo y molesto, mientras que el 60% lo calificó entre aceptable y cómodo.
La contextura y masa muscular de los usuarios influye en que estos consideren
apropiado o no el peso del dispositivo.
27
Ilustración 26 Comodidad del peso del prototipo
También se evaluó si el movimiento que ejercía el exoesqueleto sobre el brazo de
cada usuario, correspondía al movimiento natural del mismo, encontrándose que el
86% opinó que el movimiento realizado a su brazo era natural. La totalidad de los
encuestados respondió que podían calificar el prototipo como portable.
Ilustración 27 Características del prototipo
Se realizó otra prueba, únicamente con los hombres encuestados, en la que se les
pidió que generaran oposición al movimiento mientras el exoesqueleto operaba una
86%
14%
Movimiento natural?
SI
NO
100%
0%
Portable?
SI
NO
28
rutina de terapia. Esto con el fin de poder calificar de alguna manera el
comportamiento del prototipo si algún paciente adolorido intentara detenerlo.
Ilustración 28 Resultados de oponerse al movimiento
La Ilustración 28 presenta los resultados de la prueba descrita anteriormente. Se
obtuvo que el 60% de los encuestados calificó esas fuerzas como aceptables,
mientras que tanto la calificación de molesto, cómo la de cómodo correspondieron
al 20% de la población. La calificación promedio fue de 3, es decir aceptable.
También se les preguntó si sentían algún torque actuando sobre su brazo en alguna
dirección diferente a la natural, para lo cual sólo el 30% de los encuestados afirmo
sentirlo. Era de esperarse ese torque debido a que el actuador está ejerciendo
fuerza únicamente en un lado del brace.
0%
20%
60%
20%
Molestia de fuerzas
Incomodo
Molesto
Aceptable
Comodo
30%
70%
Sensación de torque?
SI
NO
29
6. CONCLUSIONES
• Se logró la construcción de un prototipo de exoesqueleto que apoya en la
rehabilitación de los movimientos de flexión y extensión del codo, operando
dentro del rango correspondiente, pudiendo controlar su rotación y
permitiendo la realización de terapias.
• La precisión en el control de la rotación del exoesqueleto, depende de la
magnitud de los cambios del voltaje medidos en el potenciómetro.
• Es posible el desarrollo de órtesis robóticas a precio razonable, de fácil
manejo, portables y que contribuyan en terapias de rehabilitación de codo.
6.1. TRABAJO FUTURO
• Mejorar la resolución de la señal sensada (caída de voltaje en el
potenciómetro), para hacer un control más preciso. Se podría hacer uso de
un amplificador operacional para que los cambios en el voltaje medidos por
la tarjeta sean mayores, o utilizar otro potenciómetro de precisión que genere
cambios más grandes en la resistencia cuando se rota la perilla.
• Hacer más ergonómico el diseño, de tal manera que sin importar la
contextura, edad o sexo de los usuarios, el dispositivo resulte cómodo.
• Implementar algún método de seguimiento remoto. (Gómez Pachón, 2012)
implementa un sistema de seguimiento remoto de un tensiómetro por medio
de un teléfono inteligente con plataforma Android. Algo similar podría
adaptarse al exoesqueleto para lograr supervisar las terapias a distancia.
• Ejecutar pruebas con pacientes que presenten algún tipo de anomalía en la
movilidad del codo. Esto se haría con el fin de ver la efectividad del prototipo
en circunstancias reales.
30
REFERENCIAS
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DODOBoard V2.0. Obtenido de
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Colombia.
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joints of the extremities. En Acta of Bioengineering and Biomechanics, 4.
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http://www.bourns.com/pdfs/3590.pdf
David, J. R. (s.f.). Robotic Assistance for Upper Extremity Training after Stroke. University of
California at Irvine.
Dynasplint systems ,inc. (s.f.). Dynasplint Elbow. Recuperado el 21 de Septiembre de 2013
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teléfono inteligente con sistema operativo Android. Bogotá: Universidad de los Andes.
Hearon, B. F. (s.f.). Protocol E4 Physical or Occupational Therapy Protocol for Distal Biceps Tendon
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http://www.jointactivesystems.com/mm/files/JAS_EZ_elbow_instructions.pdf
Junta de Andalucia. (s.f.). Averrores. Recuperado el 12 de Septiembre de 2013, de
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LeBlond, R. F., DeGowin, R. L., & Brown, D. D. (2009). Chapter 13. The Spine, Pelvis and Extremities.
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http://www.accessmedicine.com.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/content.aspx?aID=36565
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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350453311002694
31
Mantilla, F. (2012). Mechanical design of a robotic device for rehabilitation of lower extremities:
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Zhang, J.-F., Yang, C.-J., Chen, Y., Zhang, Y., & Dong, Y.-M. (Octubre de 2008). Modeling and control
of a curved pneumatic muscle actuator for wearable elbow exoskeleton. Mechatronics,
Volume 18( Issue 8), Pages 448-457.
32
7. ANEXOS
ANEXO A
Tabla 1 Resultado modelo matemático
L1(m
)0.
3162
x10.
3034
9941
0.30
330.
011
L2(m
)0.
2482
x20.
06β(
°)31
.867
8392
2
x30.
0373
m
Fuer
za
Reha
bilit
ació
n (N
)25
Fuer
za A
ctua
dor (
N)
200
Del
ta d
0.12
1459
517
Mom
ento
(Nm
)6.
205
% M
ax10
0%M
ax Á
rea
(m²)
0.00
7751
253
ω E
jerc
icio
(rad
/s)
0.20
9439
51Fm
ax T
ange
ncia
l-2
0020
0
Pote
ncia
(W)
1.29
9572
161
ROM
(°)
θ(°)
d(m
)p(
m)
A(m
²)φ
(°)
ψ(°
)Fa
ctua
dor(
N)
F1p(
N)
F1t(
N)
F2t(
N)
F2p(
N)
Mom
ento
(Nm
)
Min
Áng
ulo
120
600.
2450
0.31
00.
008
7.81
320
2.18
714
9.67
020
.347
-138
.588
56.5
1913
8.58
86.
207
Max
Áng
ulo
018
00.
3665
0.37
00.
008
3.08
086
.920
200.
000
10.7
4710
.747
-199
.711
-10.
747
6.80
4
138.
588
199.
711
6.80
4
33
ANEXO B
function varargout = Rehab(varargin)
% REHAB MATLAB code for Rehab.fig
% REHAB, by itself, creates a new REHAB or raises the existing
% singleton*.
%
% H = REHAB returns the handle to a new REHAB or the handle to
% the existing singleton*.
%
% REHAB('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
% function named CALLBACK in REHAB.M with the given input arguments.
%
% REHAB('Property','Value',...) creates a new REHAB or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before Rehab_OpeningFcn gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application
% stop. All inputs are passed to Rehab_OpeningFcn via varargin.
%
% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
% instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Edit the above text to modify the response to help Rehab
% Last Modified by GUIDE v2.5 21-Nov-2013 13:52:29
% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @Rehab_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @Rehab_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before Rehab is made visible.
function Rehab_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to Rehab (see VARARGIN)
[a,map]=imread('ext.jpg');
[r,c,d]=size(a);
x=ceil(r/197);
34
y=ceil(c/197);
g=a(1:x:end,1:y:end,:);
g(g==255)=5.5*255;
set(handles.ext,'CData',g);
[a,map]=imread('cont.jpg');
[r,c,d]=size(a);
x=ceil(r/197);
y=ceil(c/197); g=a(1:x:end,1:y:end,:);
g(g==255)=5.5*255;
set(handles.cont,'CData',g);
axes(handles.axes2)
background = imread('uniandes.jpg');
axis off;
imshow(background);
%*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*
% Choose default command line output for Rehab
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes Rehab wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = Rehab_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in connect.
function connect_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to connect (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
s=serial('COM4');
handles.s=s;
fopen(s);
fprintf(s,'ID0C011');
set(handles.msj,'String',fscanf(s))
pause(0.5);
set(handles.msj,'String',fscanf(s));
pause(0.5);
set(handles.msj,'String','Ajuste bien el exoesqueleto.');
fclose(s);
guidata(hObject,handles);
% --- Executes on button press in ext.
function ext_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to ext (see GCBO)
35
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of ext
fopen(handles.s);
if(get(hObject,'Value'))
extender(handles.s);
end
while get(hObject,'Value')
fprintf(handles.s,'%s','D04');
fscanf(handles.s)
n=str2double(fscanf(handles.s))
a=convertir(n)
max=str2double(get(handles.amax,'String'));
fscanf(handles.s);
if(max>a)
pause(0.05);
elseif(max<=a)
set(handles.msj,'String','Se ha alcanzado el ángulo máximo.')
break
end
end
detener(handles.s);
fclose(handles.s);
pause(0.5)
set(handles.msj,'String','Se ha detenido el movimiento.');
% --- Executes on button press in cont.
function cont_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to cont (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of cont
fopen(handles.s);
if(get(hObject,'Value'))
contraer(handles.s);
end
while get(hObject,'Value')
fprintf(handles.s,'%s','D04');
fscanf(handles.s)
n=str2double(fscanf(handles.s))
a=convertir(n)
min=str2double(get(handles.amin,'String'));
fscanf(handles.s);
if(min<a)
pause(0.05);
elseif(min>=a)
set(handles.msj,'String','Se ha alcanzado el ángulo mínimo.')
break
end
end
detener(handles.s);
fclose(handles.s);
pause(0.5)
set(handles.msj,'String','Se ha detenido el movimiento.');
36
function amin_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to amin (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hints: get(hObject,'String') returns contents of amin as text
% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of amin as a double
max=str2double(get(hObject,'String'));
min=str2double(get(handles.amin,'String'));
delta=max-min;
if(min>180|min<60)
errordlg('El valor del Ángulo debe estar entre 60 y 180 grados','ERROR')
set(handles.amin,'String',60)
end
if (delta<0)
errordlg('El valor del Ángulo mínimo debe ser menor al del máximo','ERROR')
set(handles.amin,'String',60)
end
guidata(hObject,handles)
% --- Executes during object creation, after setting all properties.
function amin_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to amin (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called
% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
% See ISPC and COMPUTER.
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),
get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
function amax_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to amax (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hints: get(hObject,'String') returns contents of amax as text
% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of amax as a double
max=str2double(get(hObject,'String'));
min=str2double(get(handles.amin,'String'));
delta=max-min;
if(max>180|max<60)
errordlg('El valor del Ángulo debe estar entre 60 y 180 grados','ERROR')
set(handles.amax,'String',180)
end
if (delta<0)
errordlg('El valor del Ángulo máximo debe ser mayor al del mínimo','ERROR')
set(handles.amax,'String',180)
end
guidata(hObject,handles)
% --- Executes during object creation, after setting all properties.
function amax_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to amax (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
37
% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called
% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
% See ISPC and COMPUTER.
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),
get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
% --- Executes on button press in startT.
function startT_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to startT (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of startT
axes(handles.axes1);
cla;
max=str2double(get(handles.amax,'String'));
min=str2double(get(handles.amin,'String'));
count=1;
if(get(hObject,'Value'))
fopen(handles.s);
fprintf(handles.s,'%s','D04');
fscanf(handles.s);
n=str2double(fscanf(handles.s));
a=convertir(n);
ang(count)=a;
t(count)=0;
handles.c=count;
handles.t=t;
guidata(hObject,handles);
fscanf(handles.s);
end
while get(hObject,'Value')
if(max>a)
extender(handles.s);
end
set(handles.msj,'String','Se está realizando la terapia.');
while(max>a)
fprintf(handles.s,'%s','D04');
fscanf(handles.s);
n=str2double(fscanf(handles.s));
a=convertir(n);
fscanf(handles.s);
pause(0.05);
t(count+1)=count*0.1;
ang(count+1)=a;
plot(t,ang);
count=count+1;
end
38
detener(handles.s);
contraer(handles.s);
while(min<a)
fprintf(handles.s,'%s','D04');
fscanf(handles.s);
n=str2double(fscanf(handles.s));
a=convertir(n);
fscanf(handles.s);
pause(0.05);
t(count+1)=count*0.1;
ang(count+1)=a;
plot(t,ang);
count=count+1;
end
detener(handles.s);
handles.c=count;
handles.t=t;
guidata(hObject,handles);
end
detener(handles.s);
fclose(handles.s);
set(handles.msj,'String','Se finalizó la terapia.');
pause(0.5);
handles.t;
c=handles.c;
T=handles.t(c);
m=['Tiempo de terapia: ' num2str(T) ' segundos']
set(handles.msj,'String',m);
% --- Executes when user attempts to close figure1.
function figure1_CloseRequestFcn(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to figure1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Hint: delete(hObject) closes the figure
opc=questdlg('¿Desea salir del programa de terapias?',...
'SALIR','Si','No','No');
if strcmp(opc,'No')
return;
end
delete(hObject);
