Este documento describe los componentes clave de los exoesqueletos, incluyendo el marco, las baterías, los sensores, el controlador y los actuadores. Explica que los exoesqueletos actualmente se usan para la rehabilitación y para aumentar la fuerza física. Sin embargo, el tiempo de uso está limitado por la capacidad de las baterías.

1. Exoesqueletos
Fernando Chica
Electrónica Analógica, Universidad Politécnica Salesiana
jchica@est.ups.edu.ec
Abstract—Los exoesqueletos o también llamados Werable usualmente son diseñados para permitir caminar o
Robots(robots para vestir), actualmente tienen como objetivo la aumentar la fuerza y resistencia de las personas, los
rehabilitación o la amplificación de las habilidades motrices del exoesqueletos tienes varios componentes clave:
ser humano, dado que la tecnología avanza continuamente cada
vez existen mejores diseños de exoesqueletos, especialmente en lo 1. Marco: Es la estructura del exoesqueleto,
respecta a la fuente de energía porque en este momento este es un usualmente esta hecho de materiales ligeros los
gran limitante si nos referimos al tiempo de uso que se le da, sin cuales deben soportar el peso del cuerpo así
embargo tomando en cuenta que están en sus etapas iniciales de como del exoesqueleto y sus componentes. [3]
desarrollo se ha logrado grandes éxitos con los existen hasta el
momento tanto así que ya se los esta utilizando para fines
2. Baterías: Deben funcionar la mayor parte del
militares y también en centros de rehabilitación.
día, las baterías deben ser pequeñas y ligeras para
que el exoesqueleto no sea ni pesado ni
INTRODUCCIÓN
voluminoso. [3]
Los exoesqueletos forman parte de un grupo denominado 3. Sensores: Capturan información sobre como el
Werable Robots o Robots para Vestir los cuales como su nombre lo usuario debe moverse, pueden ser manuales o
indica visten al cuerpo humano y ayudan a cumplir diferentes bien eléctricos y detectar los impulsos
funciones como las siguientes: Robots Ortopticos, cuya función es fisiológicos del cuerpo, la información capturada
reemplazar las funciones de un miembro perdido; Robots es enviada a la computadora para ser analizada.
Protesteticos, cuya función es rehabilitar un miembro atrofiado sea [3]
por accidente o por una deficiencia patológica, y finalmente Robots
Extensores cuya función es la de aumentar las habilidades del
4. Controlador: Es como el cerebro del
miembro al que esta unido [1], aunque investigadores como
dispositivo, el controlador es una computadora a
Homayoon Kazerooni (Profesor de la Universidad de California
bordo la cual toma la información de los sensores
Berkeley) prefieren dividir su estudio en dos partes[1] , exoesqueletos
y controla a los actuadores. [3]
de partes superiores los cuales están unidos a los brazos y de partes
inferiores los cuales están unidos a las piernas, dividirlos de esta
manera hace que sea posible visionar aplicaciones para cada sistema 5. Actuadores: Los actuadores son los músculos
por separado, y teniendo en cuenta que los exoesqueletos están en sus que ejercen el movimiento, usualmente son
etapas iniciales realizar fuertes investigaciones para asegurarse de motores eléctricos o hidráulicos, usando la
que funcionen perfectamente separados y así poder hacer una información del controlador y energía de la
integración de ambos tipos de exoesqueletos. En cambio Pons dice batería los actuadores mueven el exoesqueleto.[3]
que los exoesqueletos son sistemas biomecatronicos adaptados a la
estructura del cuerpo humano con un control que reacciona a las Para lograr diseñar de una manera correcta un exoesqueleto se
señales del cerebro, por medio de sensores conectados a la piel debe realizar un estudio Cinematico sobre la morfología y el
humana, que a su vez controlan actuadores que son analógicos a las funcionamiento del miembro al que va a estar ligado, y luego de ello
funciones del cuerpo y todos estos elementos podrían actuar como un utilizar la matemática para aproximarse a un modelo reducido y
solo sistema integrado que puede desarrollar varias actividades. El análogo al real. Este estudio debe realizarse ya que existen varios
diseño de los exoesqueletos esta inspirado en el estudio de sistemas aspectos que se deben tomar en cuenta antes de construir el
biológicos, teniendo como objetivo la interacción robot humano exoesqueleto. [1]
donde se busca crear un modelo que prediga el comportamiento del
sistema, con el avance de la tecnología estos sistemas se vuelven más B. Partes Superiores
compactos, confiables y energéticamente viables. [1]
En nuestro cuerpo el brazo va desde el hombro hasta los
dedos de la mano, se puede dividir en 3 segmentos para su
EXOESQUELETOS
estudio el brazo, antebrazo y mano. [1]
A. Funcionamiento Según E. Racoon luego de tener las características del
sistema que se esta estudiando se deben tener en cuenta las
Un exoesqueleto actúa de manera opuesta al esqueleto siguientes consideraciones: “Primero, el comportamiento
humano normal el cual sostiene al cuerpo desde adentro,
mecánico del brazo es independiente del resto del cuerpo.
mientras que el exoesqueleto lo hace desde afuera,
Segundo, todos los componentes de cada segmento incluidos los

2. huesos y las partes suaves forman parte del mismo cuerpo.
Tercero las deformaciones de las partes suaves no afectan
significativamente las propiedades mecánicas de todo el
segmento.” Y finalmente definidos los segmentos se debe ver los
grados de libertad de movimiento que tiene la juntas (hombro,
codo, muñeca) [1]. Teniendo en cuenta todos estos parámetros se
puede proceder a diseñar un modelo que explique los
movimientos del brazo.
Fig.3 Movimiento de la Pierna
con 2 grados de libertad [4]
EXOESQUELETOS
Al estudiar por separado las partes del exoesqueleto (superiores e
inferiores) se puede realizar un estudio con mayor profundidad de
cada uno de ellos hasta que funcionen en oprimas condiciones, y así
finalmente integrar ambos sistemas en un solo exoesqueleto, es decir
uno de cuerpo completo, actualmente existen muchos modelos de
exoesqueletos y son utilizados en el área militar o bien para la
Fig.1 Movimientos del Brazo, rehabilitación de personas. Uno de los exoesqueletos que existen en
Imagen extraída del libro, Whearable Robots: Biomechatronical el área militar es el HULC [5] que tiene la finalidad de ayudar a los
Exoesqueleton, J.L Pons, 2005 soldados a llevar cargas pesadas (200lb) o bien aumentar su
resistencia al momento de recorrer varias distancias.
C. Partes Inferiores
Para realizar un estudio Cinematico de la pierna se la modela
asumiéndola como una cadena cinemática de dos eslabones y dos
articulaciones con un pivote que representa la cadera.
Fig.4 Soldado con exoesqueleto HULC [5]
En la rehabilitación de personas existe una gran variedad de
exoesqueletos tales como el ReWalk, Berckley, Cyberdyne o el REX,
los cuales en su mayoría han sido destinados a la rehabilitación de
personas que sufren algún tipo de discapacidad [6]. Entre este grupo
nombrado anteriormente existen dos en especial que tienen tipo de
Fig.2 Movimiento de la Pierna [4]
control que resulta muy interesante y que vale la pena recalcarlos, el
Teniendo en cuenta todos los movimientos que puede realizar la primero es el ReWalk [7] que a diferencia de otros exoesqueletos este
pierna y las posiciones en función de su grado de libertad se puede es manejo por medio de una palanca y no por sensores, lo que quiere
realizar un modelado análogo del movimiento de la pierna. decir que no es necesario ningún movimiento o funciones nerviosas
para operar el mismo.

3. son mencionados con mayor énfasis en los medios no ofrecen el
desempeño deseado, además los exoesqueletos solamente están
empezando a ser mercadeados en la actualidad por lo que los costos
son demasiado altos para las personas, por lo que definitivamente son
un proyecto a largo plazo.
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
[1] E. Veslin, Jules Ghislain Slama, Max Suell Dutra, Omar Lengerke.
Análisis Cinematico de un Exoesqueleto de Partes Superiores de 7
GLD.PDF
[3] http://www.exoesqueleto.com.es/iquestcoacutemo-funciona-un-
exoesqueleto.html
[4] J.M. Grosso, Miembro, IEEE , y D. Tibaduiza, Miembro, IEEE:
Diseño conceptual de un exoesqueleto para asistir la rehabilitación de
Miembro Inferior
[5] http://www.engadget.com/2010/07/21/hulc-exo-skeleton-ready-for-
testing-set-to-hit-the-ground-runni/
Fig.5 Exoesqueleto ReWalk [7] [6] http://www.exoesqueleto.com.es/index.html
[7] http://www.exoesqueleto.com.es/rex-bionics.html
Y el segundo es el HAL de la empresa Cyberdyne el cual usa [8] http://www.exoesqueleto.com.es/cyberdyne.html
sensores adjuntos a la piel de quien los usa para leer los impulsos REFERENCIAS
eléctricos de los nervios, según las señales obtenidas, la unidad es
controlada para moverse junto con la persona que los usa. En el caso [2] J. L. Pons, Whearable Robots: Biomechatronic Exoesqueleton, Jhon
de que no existieran señales HAL también tiene un sistema de Whiley & Sons, Ltd, 200
control autónomo que ofrece movimientos similares al de los
humanos. [8]
Fig.6 Exoesqueleto HAL [8]
CONCLUSION
Los exoesqueletos fueron diseñados con la finalidad de
amplificar las habilidades motrices de las personas o bien ayudar en
la rehabilitación de alguna extremidad atrofiada; actualmente los
exoesqueletos están en sus etapas iniciales de desarrollo lo que hace
que se limite demasiado el tiempo de su uso, ya que por razones de
espacio no se puede llevar una batería que pueda abastecer la
demanda de energía que tiene un exoesqueleto, por lo que la mayoría
de exoesqueletos funcionan solamente por algunas horas, la
tecnología de las baterías esta mejorando continuamente pero no esta
a un nivel donde tenga la densidad de poder que se requiere; con la
finalidad de solucionar este problema algunos exoesqueletos son
híbridos, esto quiere decir que poseen actuadores eléctricos y resortes
los cuales guardan una energía elástica que ayuda a economizar
energía aunque esto ayuda mucho no es lo suficiente, incluso los que