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La articulación de la rodilla está frecuentemente expuesta a lesiones en personas de todas las edades. En todos los casos, la terapia física se prescribe para recuperar la fuerza y la movilidad de un paciente. Los dispositivos de asistencia robótica están ganando la atención de la comunidad y apuntan a mejorar la calidad de vida de los pacientes. En este artículo, se propone el diseño mecánico de un dispositivo de rehabilitación de rodilla de enlace de 5 barras basado en la definición de los parámetros físicos de la población colombiana y/o latinoamericana, de acuerdo a los datos de antropometría. Se obtiene el modelo dinámico completo del sistema de rehabilitación propuesto y se realizan las comparaciones respectivas de movimiento con el prototipo real para desarrollar y evaluar estrategias de control apropiadas en trabajos futuros. Para este propósito, se presenta la formulación cinemática del dispositivo y luego se deriva la dinámica utilizando dos enfoques para validar el modelo; se obtiene la ecuación de movimiento utilizando la aproximación de Lagrange y un método algebraico que simplifica el modelado. Ambas aproximaciones producen un modelo único, que se valida en simulación y en ensayos experimentales, mostrando la funcionalidad del sistema y la validez de los modelos cuando se realizan rutinas de rehabilitación. The knee joint is frequently exposed to injuries in people of all ages. In all cases, physical therapy is prescribed to recover the strength and mobility of a patient. The robotic assistance devices are gaining the community attention and aim to improve the quality of life of patients. In this article, we propose the mechanical design of a 5-bar-linkage knee rehabilitation device based on the definition of the physical parameters of Colombian and/or Latin-American population, according to anthropomorphic data. We obtain the complete dynamic model of the proposed rehabilitation system and perform the respective comparisons of movement with the real prototype in order to develop and evaluate appropriate control strategies in future work. For this purpose, we present the kinematic formulation of the device and then we derive the dynamics using two approaches to validate the model; we obtain the motion equation using the Lagrange approach and an algebraic method that simplifies modeling. Both approaches yield a unique model, which is validated either in simulation and by experimental trials, showing the functionality of the system and the validity of the models when performing rehabilitation routines. Pregrado

Las lesiones de rodilla son comunes en personas de todas las edades, debido a la actividad física y otras razones. En todos los casos, la terapia física está prescrita pero dependerá del tipo de lesión sufrida. Las últimas investigaciones en robótica han desarrollado dispositivos de asistencia para contribuir a mejorar la calidad de vida del paciente. En este documento, proponemos un dispositivo de rehabilitación de rodilla de cinco barras de enlace, que es reconfigurable de acuerdo con la altura del paciente. Presentamos el modelo cinemático del dispositivo para demostrar que puede reproducir ciertos ejercicios o rutinas prescritas en la fisioterapia durante la rehabilitación de la rodilla de acuerdo con un procesador desarrollado. Para esto, mostramos el espacio de trabajo correspondiente y la configuración mecánica requerida del sistema de enlace de cinco barras. Para validar la funcionalidad del procesador y del mecanismo, implementamos una rutina de caso real realizada por un sujeto sano. Utilizamos las posiciones angulares de cadera y rodilla para procesarlas y mostrar la viabilidad del sistema, obteniendo y comparando los espacios de trabajo correspondientes. Knee injuries are common in people of all ages, due to physical activity and other reasons. In all cases, physical therapy is prescribed but it will depend on the type of injury suffered. Latest research in robotics has developed assistive devices to contribute to improving the patient’s quality of life. In this paper, we propose a five-bars-linkage knee rehabilitation device, which is reconfigurable according to the patient’s height. We present the kinematic modeling of the device to show that it can reproduce certain exercises or routines prescribed at physiotherapy during the knee rehabilitation according to a processor developed. For this, we show the corresponding workspace and the required mechanical configuration of the five-bars-linkage system. To validate the functionality of the processor and of the mechanism, we implement a real case routine performed by a healthy subject. We use the hip and knee angular positions to process them and show the feasibility of the system, obtaining and comparing the corresponding workspaces. Pregrado