106-KCSOMI-116-106_SOMI14-CESARA

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Automatización de un soporte parcial de peso infantil para fisioterapia©1 
C. A. Arriaga-Arriaga, L. C. Gómez-Pavón, O. G. Félix-Beltrán, J. M. Muñoz-Pacheco, A. 
Luis-Ramos, J. Rebollo-Vázquez* 
 
Facultad de Ciencias de la Electrónica, *Facultad de Medicina 
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla 
San Claudio y 18 Sur, Edif. 109A-CU, San Manuel, Puebla, México 
 
cesarau.arriaga@alumno.buap.mx; luz.gomez@correo.buap.mx 
 
 RESUMEN 
En este artículo se presenta un sistema para la automatización de soportes parciales de 
peso infantil. El sistema se compone de una etapa de potencia, sensores para equilibrio y peso, 
algoritmos de control, un micro-controlador y una interfaz gráfica de usuario (IGU). El sistema 
incorpora dos modos de funcionamiento, manual y automático. En el primero, el terapeuta 
interactuando con el software de control controla el peso que el paciente soporta. En el segundo y 
en base a los datos del paciente, el sistema automáticamente controla las variaciones de peso 
respecto a una referencia definida por el terapeuta en función del grado de avance de la terapia. La 
interfaz electrónica desarrollada permite acoplar cualquier actuador comercial con características 
que estén dentro del rango de funcionamiento del sistema. 
 
PALABRAS CLAVE: Discapacidad motriz, automatización, soporte parcial de peso, infantil. 
 
1 INTRODUCCIÓN 
 
En México, al año 2010 las personas con algún tipo de discapacidad eran 5 millones 739 mil 270, 
lo que representa el 5.1% de la población total. De las personas con alguna discapacidad, 49% son 
hombres y 51% mujeres [1]. La limitación de la movilidad es la de mayor frecuencia entre la 
población del país; alrededor de la mitad de las limitaciones declaradas se refieren a caminar o 
moverse. El segundo tipo de limitación es la de tener problemas para ver, aun usando lentes. En 
general es posible clasificar la discapacidad en tres grandes rubros: Física, Sensorial e Intelectual 
[2]. En este trabajo nos enfocaremos en la discapacidad física, la cual se refiere a aquellos casos 
en que el individuo presenta una parálisis en los miembros inferiores o superiores (brazos y 
piernas) o en ambos. 
El impacto de la automatización en la medicina ha dado lugar a nuevas tecnologías que han 
mejorado las técnicas de diagnóstico, tratamiento y prevención de diversas patologías. 
Particularmente, en el área de fisioterapia se ha buscado desarrollar sistemas mecánicos 
automatizados capaces de realizar procesos fisioterapéuticos que impacten en la mejora del 
paciente en plazos de tiempo menores. Teniendo estos sistemas características deseables de 
seguimiento de la evolución del paciente, confortables, seguros y confiables [3]. 
Específicamente, respecto a la discapacidad motriz, existen tres componentes esenciales de 
la locomoción, estas son: la postura, el equilibrio y la coordinación. Diversos trastornos 
neurológicos o músculo-esqueléticos pueden afectar a uno o más de los componentes antes 
 
©
 Solicitud de patente IMPI: MX/a/2013/011506 
 
 
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mencionados, limitando la capacidad de la persona a caminar normalmente. Con base a diversas 
investigaciones básicas y aplicadas se han desarrollado diversas técnicas para ayudar en el 
reentrenamiento de las funciones del andar para una amplia gama de trastornos. A estas técnicas 
se les llama terapia de marcha por soporte parcial de peso. El éxito de esta terapia se basa en el 
sistema de suspensión utilizado por el soporte parcial de peso debido a que éste proporciona 
equilibrio, seguridad al caminar sobre una caminadora o sin ésta, y principalmente, una postura 
vertical correcta. Un arnés sujetado al soporte parcial de peso reduce la parte controlable del peso 
de las piernas y lo redistribuye en el tronco y la ingle del paciente mientras se mantiene erguido 
con la ayuda de un pasamanos. En esta posición se inicia la terapia con la ayuda de los terapeutas 
que además analizan y corrigen la marcha. Gradualmente, la cantidad de soporte postural, es 
decir, el soporte de peso, se reduce. Este sistema permite la libre circulación de los brazos de los 
pacientes y las piernas. También con la ayuda del terapeuta para la colocación manual de los pies 
y/o cambios de peso facilita la coordinación motriz. 
Actualmente existen comercialmente diferentes equipos que son utilizados para llevar a cabo 
terapias de rehabilitación para discapacidad motriz. Los sistemas de soporte parcial se clasifican 
en función de sus características en la forma de llevar a cabo la terapia como: de ayuda robótica, 
tales como el Lokomat y el AutoAmbulator [4, 5]; ayuda manu 
al dinámica, como el Robomedica [6]; y ayuda manual estática, como el Biodex y el LiteGait 
[7, 8]. Los sistemas AutoAmbulator y Lokomat son los más sofisticados en el proceso de realizar la 
terapia de marcha por soporte parcial de peso y más equipados tecnológicamente. Sin embargo, 
es importante remarcar que diversos trabajos de investigación han reportado que en algunas 
enfermedades no se observan diferencias significativas en los parámetros de marcha entre los 
pacientes entrenados con un soporte parcial de peso con ayuda robótica y los entrenados con 
métodos manuales estáticos. En lesionados medulares parecen existir beneficios de su uso, 
aunque de intensidad leve-moderada, los resultados parecen ser mejores en los lesionados 
medulares incompletos. En niños, su utilidad es dudosa y está limitada por el número de pacientes 
que pudiesen verse beneficiados de esta tecnología, por su accesibilidad. Salvo casos concretos, 
la utilidad de esta tecnología en otras enfermedades, como accidentes cerebro-vasculares, 
Parkinson, etc., es limitada, por lo que no se aconseja su uso sistemático [9-13]. Desde el punto de 
vista financiero y de impacto en el mercado, los equipos mejor equipados son poco accesibles 
económicamente hablando, e incluso alguno de ellos son de uso exclusivo para algunos hospitales 
[14]. 
En este trabajo se presenta un sistema para la automatización de soportes parciales de 
peso. El sistema se compone de una etapa de potencia, sensores para equilibrio y peso, 
algoritmos de control, un micro-controlador y una interfaz gráfica de usuario (IGU). La interfaz 
electrónica desarrollada permite acoplar cualquier actuador comercial con características que estén 
dentro del rango de funcionamiento del sistema. El sistema se controla desde una computadora, la 
cual ejecuta el software de control y muestra la IGU. El proceso de la terapia basado en la 
propuesta presentada consiste en ubicar al paciente dentro del arnés del soporte parcial de peso 
para que el sistema determine el peso total del paciente así como su distribución de peso en 
ambos lados. El sistema incorpora dos modos de funcionamiento, los cuales se han denominado 
manual y automático. En el primero, el terapeuta interactúa con el software de control través de la 
GUI para controlar el peso que el paciente soportará durante la terapia. En el segundo, basándose 
en la base de datos del paciente, el sistema automáticamente controla las variaciones de peso 
respecto a una referencia definida por el terapeuta en función del grado de avance de la terapia. 
Las pruebas del sistema de suspensión automatizado se realizaron con el soporte parcial infantil 
para fisioterapia de la marca LiteGait en colaboración con la Facultad de Fisioterapia de la BUAP. 
2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 
El diseño y desarrollo de cada una de las etapas que conforman el sistema de 
automatización, así como las características de funcionamiento de cada una de estas etapas se 
describen a continuación. 
 
 
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2.1 Sistema de suspensión e interfaz electrónica 
El sistema de suspensión consta de un actuador eléctrico y la etapa de electrónica de 
control. El actuador utilizado es el modelo comercial LA31 de la marca LINAK, cuyas 
características electromecánicas del actuador son: Carga máxima push/pull: 1500 N; alimentación:24 V; consumo de corriente máxima: 2.7 A. Para el funcionamiento y control del actuador se diseñó 
e implementó la etapa de potencia, en función de las características del motor de corriente directa 
(DC), la cual proporciona la corriente y el sentido de giro con el sistema de control en la 
computadora. La interfaz electrónica para la comunicación entre el software desarrollado y el 
actuador se lleva a cabo a través del puerto USB. 
El diseño de la fuente de alimentación satisface las características eléctricas del motor, 
alimentación de 24V de DC a 2.5A. Por lo tanto, se utiliza un transformador para la conversión de 
corriente alterna (CA) a corriente directa (DC) y se diseño e implementó un rectificador de onda 
completa a 5 A. Posteriormente, para regular el voltaje de salida y proveer voltajes nominales 
constantes se utilizó un regulador. Para el desarrollo del puente H, se utilizaron transistores 
TIP35C y TIP34C activados por transistores, TIP122, los cuales suministran la corriente de base 
para los TIP35C y TIP34C. Consecuentemente, se genera el voltaje y la corriente que requiere el 
motor de DC para su funcionamiento. 
Para acoplar la etapa de control con la de potencia se requiere incrementar la corriente de 
salida del microcontrolador por medio de optoacopladores con configuración Darlington para 
polarizar los transistores TIP122. 
Finalmente, la interfaz de hardware consiste de un microcontrolador PIC18F4550 de 
Microchip por medio del puerto USB de la computadora. El PIC realiza la comunicación entre el 
microcontrolador y la computadora, así como enviar y recibir los datos con el software de control en 
LabVIEW. Para la programación del PIC se utiliza el programa PICC de la compañía CCS. En la 
Figura 1 se presenta el esquema eléctrico del circuito de control. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. 
Diagrama 
electrónico 
general del 
circuito de 
control. 
 
 
 
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2.2 Software de control 
El software de control para el usuario, en este caso el fisioterapeuta, se ha diseñado y 
desarrollado en el lenguaje de programación LabVIEW. A través de dicho software, el 
fisioterapeuta cuenta con las siguientes opciones de control: 
 
a. Control para subir o bajar el actuador. 
b. Control del actuador en función del peso que debe soportar el paciente para el proceso de 
la terapia. 
c. Distribución de peso 
En la Figura 2 se presenta el panel frontal general de la IGU del software, donde se 
encuentran integradas cada una de las etapas desarrolladas y que se describen a continuación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Software de usuario para el control del soporte infantil para fisioterapia. 
 
2.2.1 Control para subir y bajar el actuador 
 
El control para que el fisioterapeuta o técnico solamente suba o baje el actuador funciona 
seleccionando la opción ACTIVAR MODO MANUAL en el software. Esta opción se establece para 
cuando el fisioterapeuta sólo necesite bajar o subir al paciente. También, si solamente se llega a 
necesitar revisar el funcionamiento del actuador para mantenimiento preventivo, por ejemplo. 
 
2.2.2 Control del actuador en función del peso que debe soportar el paciente 
 
Con base a la experiencia de los fisioterapeutas, se consideró incluir la medición del peso 
que está soportando el paciente en el proceso de la terapia, esto es para simplificar el trabajo y 
esfuerzo tanto del fisioterapeuta como del paciente, ya que este tipo de terapias se vienen 
realizando de manera que el terapeuta, con base a su experiencia, estima cual es el peso 
adecuado que debe soportar el paciente durante la terapia. Al implementar este sistema de 
monitoreo de peso se busca conseguir un control, registro y seguimiento de esta variable. 
En esta etapa se utiliza la tabla de balance comercial de la compañía NINTENDO (Wii 
Balance Board) que incluye un sistema de comunicación inalámbrico bluetooth y cuatro sensores 
de presión usados para medir el centro de balance del usuario. Tomando en cuenta las 
características de la tabla de balance, el movimiento del actuador es controlado en función del 
peso que el paciente debe soportar en el proceso de la terapia, dicho valor es determinado por el 
 
 
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médico. Por medio del software de control implementado en LabVIEW se procesa esta información 
para mover el actuador automáticamente en la dirección requerida. La tabla de balance tiene un 
sistema de comunicación inalámbrico bluetooth y contiene cuatro sensores de presión que son 
usados para medir el centro de balance del usuario. 
Una vez que se inicia el proceso de sincronización de la tabla de balance con la 
computadora, LabVIEW comprueba si realmente existe comunicación entre éstas. En este caso, la 
IGU del software muestra el peso del paciente a través de un indicador numérico y otro gráfico. 
Además, indica el nivel de batería de la tabla de balance. 
En el software de control del sistema de automatización, el fisioterapeuta ingresa el peso 
que va a soportar el paciente en la sesión de terapia, comparándolo con el valor del peso que está 
sensando la tabla de balance, entonces, en función de esta comparación envía la señal para que el 
actuador se desplace hacia arriba o hacia abajo. En el momento en que el valor registrado por la 
tabla de balance sea igual al ingresado por el fisioterapeuta, automáticamente se detendrá el 
movimiento del actuador. 
 
2.2.3 Distribución de peso 
 
También, una vez que se encuentra sincronizada la tabla de balance con el software es 
posible monitorear, además del peso total que está soportando el paciente, la distribución del peso 
del lado izquierdo y del lado derecho del paciente. Con esta información es posible orientarse para 
ajustar la distribución del peso en el paciente por medio de las correas del arnés del soporte parcial 
de peso. 
 
3 RESULTADOS 
Para comprobar el funcionamiento del sistema para automatizar el soporte parcial de peso 
infantil, se contó con el apoyo de la Facultad de Fisioterapia de nuestra Institución, donde se 
llevaron a cabo una serie pruebas en sus laboratorios. 
Se trabajó con un soporte mecánico de la marca LiteGait modelo LG100MX, el cual está 
diseñado para ser ocupado por niños con un peso máximo de 45 kg y una estatura máxima de 
hasta 1.50 m, con base a los datos que proporciona el fabricante. En este caso, el movimiento del 
actuador se controla desde la computadora por medio del software desarrollado. 
Para llevar a cabo las pruebas se colocó una carga de 22 kg, aproximadamente. En este 
caso se contó con el apoyo de un sujeto de prueba de 10 años de edad, con una estatura de 1.30 
m. Los resultados fueron los siguientes: 
 
Prueba 1: Funcionamiento del actuador controlado desde la computadora con carga 
 
Al seleccionar el botón ARRIBA o ABAJO por parte del usuario, LabVIEW procesa esta señal 
y envía al microcontrolador dos valores, el primero es el sentido de giro, el cual activa una de las 
salidas digitales del PIC en alto y la otra en bajo para que el motor gire en sentido horario; cuando 
el usuario presione el botón ABAJO se activa una de las salidas digitales en bajo y la otra en alto, 
generando que el motor gire en sentido anti-horario. En caso de que el usuario seleccione el botón 
DETENER, LabVIEW envía al microcontrolador una velocidad con valor cero, es decir que el motor 
se debe detener por completo y las salidas digitales se activan en bajo. 
 
Prueba 2: Funcionamiento del actuador en función del sensado de peso del paciente por medio de 
la tabla de balance 
 
En esta prueba se procedió a comprobar el software de fisioterapia que corresponde a la 
parte automatizada del desplazamiento del actuador en función del peso sensado del paciente y el 
requerido para llevar a cabo la terapia. 
 
 
6 
 
Primero, se lleva a cabo la sincronización de la tabla de balance con la computadora. 
Después, se comprueba en el software de usuario la correcta adquisición de datos, colocando al 
sujeto de prueba sobre la tabla de balance antesde colocarse el arnés del soporte parcial, de tal 
manera que el software despliega en la parte correspondiente al MONITOREO DE PESO, que el 
sujeto de prueba pesa 22 kg. 
Entonces, se procedió a caracterizar en que rango de valores iba a trabajar el sistema 
automatizado para fisioterapia. Cabe mencionar que el comportamiento del desplazamiento del 
actuador respecto al peso que debe soportar el paciente debe ser el siguiente: 
- Cuando se requiere que el paciente soporte un peso menor al que está sensado la tabla de 
balance, el actuador subirá el soporte. 
- Cuando se requiere que el paciente vaya soportando un peso mayor al que está sensando 
la tabla, el actuador bajará el soporte. 
Para empezar, se registró el peso que soportaba el sujeto de prueba cuando el actuador 
mantiene el soporte arriba. El peso que está soportando el sujeto de prueba en este caso es de 4 
kg. Por otro lado, cuando el actuador mantiene abajo el soporte, el sujeto de prueba está 
soportando 9 kg. 
Tomando en cuenta lo anterior, se procedió a realizar el proceso con el sistema 
automatizado, el soporte mecánico está cargando al sujeto de prueba, por lo que se está 
monitoreando que éste está soportando 9 kg de peso. Se ingresa en el software de usuario en la 
parte correspondiente a PESO A SOPORTAR POR EL PACIENTE que el sujeto de prueba debe 
soportar 6 kg. Entonces, se selecciona INICIAR TERAPIA. En este momento el software procesa 
esta información y envía la señal inmediatamente al actuador, iniciando automáticamente el 
desplazamiento haciendo que el sujeto de prueba empiece a ascender. Una vez que la tabla de 
balance sensa los 6 kg que se especificaron como peso a soportar por el sujeto de prueba, el 
actuador se detiene también automáticamente. En la Figura 3a) se presenta la secuencia de 
desplazamiento hacia arriba en esta etapa. 
 
 
 
Figura 3. Soporte 
parcial 
automatizado con 
peso. (a) 
Desplazamiento 
hacia arriba y (b) 
desplazamiento 
hacia abajo, del 
sujeto de prueba 
de 10 años de 
edad, 22 kg de 
peso y 1.30 m de 
estatura. 
 
 
7 
 
Posteriormente, partiendo de la posición en que se quedó el sujeto de prueba soportando 6 
kg de peso, se ingresó un PESO A SOPORTAR POR EL PACIENTE de 8 kg. Entonces, el 
actuador inicia el desplazamiento de tal manera que el soporte mueve al paciente hacia abajo. Una 
vez que la tabla de balance sensa los 8 kg el actuador se detiene de manera automática. En la 
Figura 3b) se presenta la secuencia de desplazamiento hacia abajo en esta etapa. 
Con las pruebas descritas anteriormente se comprobó el correcto funcionamiento de la 
automatización de soportes parciales de peso para fisioterapia
©
. El peso del paciente que puede 
soportar el sistema presentado esta en el rango de 0 a 45 Kg, con una incertidumbre de ±300g. 
4 CONCLUSIONES 
La innovación lograda al introducir el sistema para la automatización de soportes parciales de 
peso, consiste no solo de medir parámetros vitales para el progreso de la terapia dependiendo de 
la experiencia del fisioterapeuta, sino también automatizar ese proceso para monitorear, registrar y 
programar el avance del paciente por sesión. Además, el sistema presentado agrega la función de 
evaluar la distribución de peso en las extremidades inferiores con el objetivo de considerarlo en la 
sesiones de avances, y contribuya a un análisis adecuado de la terapia. En base a las pruebas 
realizadas, se demuestra la utilidad del sistema propuesto. 
 
REFERENCIAS 
[1] INEGI: 
 http://cuentame.inegi.org.mx/poblacion/discapacidad.aspx?tema=P 
[2] Comisión Nacional de los Derechos Humanos, “La incorporación al desarrollo de las personas 
con discapacidad”, México, 1999. 
[3] http://www.amefi.org.mx/ 
[4] Lokomat: 
 http://www.hocoma.com/products/lokomat/lokomatnanos/features-functions/ 
[5] AutoAmbulator: 
 http://www.healthsouth.com/en/experience-healthsouth/the-healthsouth-difference/leading-
technology/autoambulator 
[6] Robomedica: 
 http://www.robomedica.com/BWS.htm 
[7] Biodex: 
 http://www.biodex.com/physical-medicine/products/pbws/unweighing-system 
[8] LiteGait: 
 http://litegait.com/litegaitmx.html 
[9] Bogey R, Hornby GT. Gait training strategies utilized in poststroke rehabilitation: are we really 
making a difference?, Top Stroke Rehabil. 2007; 14:1-8 
[10] Cherng RJ, Liu CF, Lau TW, Hong RB. Effect of treadmill training with body weight support on 
gait and gross motor function in children with spastic cerebral palsy. Am J Phys Med Rehabil., 
2007; 86: 548-55 
[11] Hesse S. Treadmill training with partial body weight support after stroke: a review. 
NeuroRehabilitation., 2008; 23:55-65 
[12] Husemann B, Müller F, Krewer C, Heller S, Koenig E. Effects of locomotion training with 
assistance of a robot-driven gait orthosis in hemiparetic patients after stroke: a randomized 
controlled pilot study. Stroke., 2007; 38:349-54. 
[13] Wirz M, Zemon DH, Rupp R, Scheel A, Colombo G, Dietz V, Hornby TG. Effectiveness of 
automated locomotor training in patients with chronic incomplete spinal cord injury: a multicenter 
trial. Arch Phys Med Rehabil., 2005; 86:2385-6. 
[14] Escuela de Negocios de la Universidad de colorado: 
 http://leeds-faculty.colorado.edu/moyes/html/documents/Locomotionv25.pdf 
http://cuentame.inegi.org.mx/poblacion/discapacidad.aspx?tema=P