Resumen de Interfaz multimodal para modelado, estudio y asistencia a la marcha humana mediante andadores robóticos

A. Frizera

• español

  En esta tesis doctoral se presenta la concepción, implementación y validación de una interfaz multimodal para el modelado, estudio y asistencia a la marcha humana. Esta interfaz se ha integrado en un andador para conseguir un soporte activo, adaptado, seguro y de fácil manejo para ciertas personas con movilidad muy reducida, que de otro modo quedarían relegados a la silla de ruedas con los problemas fisiológicos que su uso conlleva. Inicialmente, se realiza una revisión del estado del arte de los dispositivos de ayuda a la movilidad y, en especial, un estudio crítico de los andadores. Entre estos dispositivos, se encuentra una clase de elementos conocidos como andadores avanzados o Smart Walkers, tema de interés en la actualidad de numerosos grupos de investigación en Estados Unidos, Europa y Japón. En este estudio, se realiza, además, una clasificación funcional de los andadores avanzados y un análisis detallado de los sistemas más significativos de la literatura en este campo. A partir de este análisis crítico inicial y de las carencias encontradas se propone y se presenta el andador SIMBIOSIS, desarrollo central del trabajo realizado en esta tesis doctoral y dentro del proyecto CYCIT (DPI-2005-07417) con el mismo acrónimo. Con el fin de cubrir las carencias mencionadas, se aborda en profundidad el estudio y la caracterización de la marcha asistida por andadores y la interacción usuario-andador con el fin no solo de conocer mejor el proceso en sí, sino también de utilizar esta información para la obtención de técnicas de procesamiento de señales y de desarrollo de estrategias de control y conducción del andador de forma más natural y segura para el usuario. Con este enfoque, se trata de potenciar el uso de los andadores como herramienta eficiente de compensación funcional y de rehabilitación de la marcha humana. En este contexto se centran las principales aportaciones científicas de este trabajo: la caracterización de la marcha humana con el andador desarrollado, la descripción y el modelado de la interacción entre los dos agentes y su relación con el entorno, la obtención de una metodología de procesamiento de señales y de control centrada en el usuario y su interacción con el andador y, finalmente, la validación funcional del sistema desarrollado con usuarios. El sistema y los métodos desarrollados han sido efectivamente validados de manera experimental con pacientes lesionados medulares con distintos grados de afección y capacidades de locomoción. Los resultados, obtenidos tanto objetivos como subjetivos, se ha considerado satisfactorios en un alto grado y se presentan en la memoria, constatando el potencial del andador desarrollado no solo como elemento de compensación funcional para ciertos sujetos con afecciones de marcha, sino también como elemento rehabilitador para personas con diferentes disfunciones en sus miembros inferiores. Por todo ello, el resultado más significativo del trabajo de esta tesis doctoral ha sido la obtención de una herramienta segura y fiable de asistencia a personas con movilidad muy reducida.

• English

  In this PhD thesis, the conception, implementation and validation of a multimodal interface for the modeling, study and assistance of human gait is presented. Such an interface is integrated in a rollator walker to achieve an active, adapted and safe support for individuals with reduced mobility, that are usually relegated to the use of wheelchairs and the physiological issues related with their use. Initially, a review of the state-of-the-art of the mobility assistive devices is presented, specially focused on walkers. Among such devices, a class of advanced walkers - the Smart Walkers - is found and it is the focus of many research groups in the United States, Europe and Japan. In this study, a functional classification of the advanced walkers and a detailed analysis of the most significant devices in the literature is performed. From such analysis and considering the identified shortcomings of the Smart Walkers, the SIMBIOSIS Project (CYCIT, ref. number DPI-2005-07417) is proposed and presented. The SIMBIOSIS project is the framework of development of this PhD thesis. With the objective of fulfilling the shortcomings presented, the characterization of walker assisted (human) gait is presented along with the study of certain parameters of the user-walker interaction. The purpose of studies is not only to better understand the gait/interaction process, but also to use this information to obtain signal-processing techniques and control strategies to command the walker in a natural and user-safe manner. Within this focus, the idea is to empower the use of advanced walkers as an efficient functional compensation tool and also for the rehabilitation of pathological human gait.

  In this context, the main scientific contributions of this thesis are:

  1. The characterization of human gait with the developed walker, 2. the description and modeling of the interaction between both agents and their relationship with the environment, 3. the obtaining of a new methodology for the signal processing and control centered in the user and his/her interaction with the walker and, 4. the functional validation of the developed system with the users.

  The developed system and methods have been effectively verified and validated experimentally with spinal cord injury patients with different degrees of mobility capabilities. The results, obtained both from objective and subjective points-of-view, are considered very satisfactory and are presented in this document, proving the potential of the developed device as a functional compensation tool for people with gait related disabilities and as a rehabilitation system for people with different lower-limbs dysfunction levels. In this regard, the most significant result obtained from the work developed under this PhD thesis was the construction of a safe and reliable assistive tool for people with reduced mobility.