Sistema automatizado de rehabilitación de rodilla

Abstract

Este proyecto se centra en el desarrollo de un sistema automatizado de rehabilitación de rodilla, diseñado para asistir a pacientes durante el ciclo de marcha. El objetivo principal es proporcionar una solución de bajo costo y altamente adaptable, capaz de generar y seguir trayectorias precisas para la articulación de la rodilla, con aplicaciones potenciales en diversas poblaciones, incluyendo pacientes postquirúrgicos, deportistas y niños con dificultades motoras. El sistema propuesto incluye un modelo predictivo basado en redes neuronales recurrentes (LSTM), que genera trayectorias de movimiento a partir de datos capturados por un sistema de captura de movimiento Vicon. Estos datos permiten entrenar, validar y probar la red neuronal, asegurando un alto nivel de precisión y adaptabilidad frente a variaciones en el patrón de marcha. Para seguir las trayectorias generadas, se implementaron tres estrategias de control: PID, Control por Horizonte Deslizante de Segundo Orden (SMC) y Control por Rechazo Activo de Perturbaciones (ADRC). Cada controlador se diseñó considerando las características dinámicas de la rodilla y las perturbaciones externas. El controlador PID incluye un filtro derivativo con anti-windup y un saturador para evitar sobreesfuerzos en el actuador. Por su parte, el SMC destaca por su robustez frente a incertidumbres y su capacidad para reducir el chattering, mientras que el ADRC combina simplicidad y robustez al compensar activamente las perturbaciones en tiempo real. Finalmente, se desarrolló un sistema embebido basado en la placa STM32F407, que permite implementar los controladores en tiempo real con una frecuencia de muestreo de 1 kHz, garantizando una respuesta precisa y rápida.