Fuzzy Logic Control for a Soft Exoskeleton Glove Using a Motor-Tendon Actuator

Control de lógica difusa para un guante de exoesqueleto suave que utiliza un actuador motor-tendón

La mano es una de las extremidades más importantes del cuerpo humano que se utiliza para actividades de la vida diaria. El objetivo de esta investigación es desarrollar una mano exoesqueleto suave para ayudar a las personas con la mano deteriorada. El exo-guante desarrollado está hecho de caucho de silicona RTV (vulcanización a temperatura ambiente) de bajo costo con un sistema de accionamiento motor-tendón que produce el movimiento de flexión y extensión. Aquí, el actuador convierte el movimiento de rotación en movimiento lineal del motor de DC, mientras que se utiliza un sensor de potenciómetro para medir el ángulo de rotación en el sistema del actuador, en el que se utiliza el control lógico difuso (FLC) para controlar el movimiento del actuador motor-tendón propuesto. Para validar la función y el mecanismo del exo-guante blando desarrollado se realizaron pruebas para lograr el rendimientode FLC en la mano humana sana en varias pruebas de agarre de objetos. Según los resultados de la prueba, este estudio muestra que el guante blando se puede implementar en la mano humana como un dispositivo de asistencia.

INTRODUCCIÓN

La mano es una parte del cuerpo humano que desempeña un papel importante en la realización de las actividades cotidianas. Las personas con discapacidades en las manos necesitan un robot vestible que les ayude a realizar sus actividades como lo hacían antes. Hay dos tipos de robots vestibles muy utilizados para personas con discapacidades en las manos: las prótesis y los exoesqueletos. Las manos protésicas, especialmente las mioeléctricas, son una opción para las personas que han perdido una mano. En la actualidad existen muchos dispositivos de este tipo disponibles comercialmente en el mercado, pero su precio no es lo suficientemente bajo (Ku, Lee, Park, Lee y Jeong, 2019). Marks y Michael (2001) llegaron a afirmar que el coste se ha cuadruplicado a medida que el control por microprocesador no ha dejado de aumentar. Birnbaum (2016) afirmó en su informe que estos dispositivos son un lujo más que una necesidad. La Organización Mundial de la Salud (Hill y Krug, 2017) subrayó que, sin acceso a prótesis u órtesis, las personas que las necesitan suelen quedar excluidas, aisladas y condenadas a la pobreza. Basándose en esto, muchos investigadores han estado desarrollando manos mioeléctricas impresas en 3D pensadas como productos de gama baja (Sreenivasan et al., 2018; Yoshikawa, Sato, Higashihara, Ogasawara y Kawashima, 2015; Slade, Akhtar, Nguyen y Bretl, 2015; Kamikawa y Maeno, 2008). Una mano mioeléctrica puede ser manejada por el usuario a través de un sensor electromiográfico que se coloca en el resto de la extremidad humana. Este sensor puede leer las señales EMG de los nervios residuales a través de las contracciones musculares, pero todavía hay muchosfallas (Balciunas, Murphy, y Zdonbinski, 2019; Geethanjali, 2016). La mayoría de los dispositivos siguen utilizando tecnología robótica dura y se limitan a la adquisición de señales EMG (Ribeiro et al., 2019).