Design of a prototype pediatric exoskeleton for patients with motor disabilities of the lower extremities
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Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay
Abstract
La rehabilitación de las extremidades inferiores en niños requiere de dispositivos que sean no solo técnicamente avanzados, sino también económicamente accesibles. Este estudio se centra en el diseño y desarrollo de un exoesqueleto pediátrico para extremidades inferiores, utilizando el software de diseño CAD SolidWorks, para ello se llevó a cabo la evaluación de las características y requerimientos que debe cumplir el exoesqueleto, así como la distribución de esfuerzos y cargas que aseguren a integridad estructural del dispositivo. El diseño final de este exoesqueleto resultó en un equipo con un costo total de alrededor de 1.300 USD que es significativamente más accesible que los diseños actualmente disponibles. El precio de los exosqueletos que ya están en el mercado o en previas investigaciones, ronda entre 50.000 a 300.000 USD.
La diferencia significativa entre el exoesqueleto de este proyecto y los reportados previamente se debe principalmente al uso de componentes de medio costo con un peso ligeramente mayor. Esto se ve reflejado en el peso total del exoesqueleto que es de 30.81 kg. Esto se debe al uso de servomotores que proveen el torque requerido, con precio accesible, pero con un peso de 3kg cada uno. Una disminución considerable en los costos también fue resultado del uso de engranajes rectos que, a pesar de tener un radio de reducción menor a otras alternativas, el precio fue de solo 10 USD. Este proyecto no solo avanza en la tecnología de exoesqueletos pediátricos, sino que también busca democratizar el acceso a soluciones de rehabilitación de alta calidad, brindando una herramienta efectiva y asequible para mejorar la calidad de vida de los niños con discapacidades motoras.
Description
Rehabilitation of the lower extremities in children requires devices that are not only technically advanced but also economically accessible. This study focuses on the design and development of a pediatric lower extremity exoskeleton using the SolidWorks CAD design software. To do this, an evaluation was carried out of the characteristics and requirements that the exoskeleton must meet, as well as the distribution of stresses and loads that ensure the structural integrity of the device. The final design of this exoskeleton resulted in a device with a total cost of around 1,300 USD, which is significantly more affordable than currently available designs. The price of exoskeletons that are already on the market or in previous research ranges between 50,000 and 300,000 USD.
The significant difference between the exoskeleton of this project and those previously reported is mainly due to the use of medium-cost components with a slightly higher weight. This is reflected in the total weight of the exoskeleton, which is 30.81 kg. This is due to the use of servomotors that provide the required torque at an affordable price but with a weight of 3 kg each. A considerable decrease in costs was also a result of the use of straight gears that, despite having a lower reduction ratio than other alternatives, the price was only 10 USD. This project not only advances pediatric exoskeleton technology but also seeks to democratize access to high-quality rehabilitation solutions, providing an effective and affordable tool to improve the quality of life of children with motor disabilities.