Control difuso PI de un exoesqueleto robótico flexible de rodillas para la rehabilitación de un maniquí de piernas de bebé

• Autor: Gonzales López, Gustavo Adolfo
• Formato: tesis de maestría
• Fecha de Publicación: 2024
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/28141
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/28141
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Espina bífida; Exoesqueleto robótico; Controlador PI; Controlador difuso PI; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.02.02

Espina bífida es una malformación congénita grave que afecta a muchos infantes anualmente, causando la pérdida de la movilidad en miembros inferiores en el peor de los casos. La aplicación de exoesqueletos blandos para la asistencia y rehabilitación ha estado en apogeo en los últimos años, pero se han dejado de lado las soluciones para infantes y recién nacidos. Nuevos estudios indican que los exoesqueletos de rehabilitación blandos pueden ser efectivos en la terapia de infantes con esta condición, sobre todo si se realiza en los primeros meses de vida. Esta tesis se ha enfocado en el diseño e implementación de un controlador PI y un controlador difuso PI que permita controlar el seguimiento de la trayectoria de rehabilitación de ambas piernas de un maniquí, que simula un bebé 6 meses en posición decúbito prono, haciendo uso de un exoesqueleto blando de rodilla. El exoesqueleto blando está confeccionado con tela de algodón y es accionado a través de músculos artificiales neumáticos de vacío, fabricados con materiales de bajo costo. Se lleva a cabo una metodología iterativa para el diseño del controlador difuso PI, que parte de la identificación de un modelo de caja negra, usando los datos de un controlador PI previamente sintonizado, y culmina con una simulación en MATLAB & SIMULINK donde obtenemos los parámetros del controlador difuso PI. El control PI y el control difuso PI fueron evaluados experimentalmente, tomando en cuenta una trayectoria de rehabilitación de 5° a 55° para ambas piernas. Además, para evaluar la robustez del controlador frente a los cambios del sistema, se realizaron múltiples experimentos agregando masas de 40, 60, 80 y 100 gramos en cada pierna. Los resultados indican que el controlador difuso PI presenta mayor robustez frente a los cambios de masa y mejor rendimiento en el seguimiento de la trayectoria, sin embargo, cuenta con mayores oscilaciones durante la fase de extensión. En contraste el controlador PI cuenta con menor oscilación durante la fase de extensión, pero menor robustez frente a los cambios de masa del maniquí, produciendo errores de mayor magnitud.