Los robots humanoides son aquellos cuyo diseño se basa en la apariencia humana, por lo que poseen dos brazos, dos piernas e inclusive un rostro similar al nuestro. Algunos poseen sintetizadores de voz para recrear la interacción social. Estos robots pueden aplicarse en áreas como la asistencia médica y de servicios, el ensamble de piezas, la educación, la investigación científica, fútbol soccer; entre otras.

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Septiembre - Diciembre 2023, Vol.1, No.3
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Robots humanoides en tareas de rehabilitación
Jorge Enrique Lavín-Delgado, 1
Daniel Edahi Urueta-Hinojosa 2
Introducción
Los robots humanoides son aquellos cuyo diseño
se basa en la apariencia humana, por lo que
poseen dos brazos, dos piernas e inclusive un
rostro similar al nuestro. Algunos poseen
sintetizadores de voz para recrear la interacción
social. Estos robots pueden aplicarse en áreas
como la asistencia médica y de servicios, el
ensamble de piezas, la educación, la
investigación científica, fútbol soccer; entre otras.
Por otra parte, el accidente cerebrovascular
(ACV) es un padecimiento que afecta los vasos
sanguíneos que irrigan el cerebro y también se
conoce como ataque cerebral, apoplejía, derrame
cerebral, infarto cerebral, hemorragia cerebral,
embolia cerebral o accidente cerebrovascular
isquémico. Los síntomas varían de acuerdo al
área afectada, siendo los más frecuentes la
pérdida de fuerza en brazos y piernas, la parálisis
en el rostro, la pérdida de equilibrio o de
coordinación y la pérdida de visión en uno o
ambos ojos. En relación con la motricidad del
paciente, es posible efectuar una rehabilitación
que le permita su recuperación total o parcial
mediante la repetición de ciertos movimientos del
miembro afectado tratando de incrementar
paulatinamente la velocidad, la fuerza y la
precisión con la ayuda de un fisioterapeuta
especializado. En este trabajo se describe un
sistema de rehabilitación, de los miembros
superiores (brazos), para este tipo de pacientes.
Robots humanoides.
Sistema de rehabilitación
El sistema se compone de un sistema de visión
(sensor Kinect de Microsoft), un robot Nao y una
computadora.
Sistema de rehabilitación propuesto.
Las rutinas de rehabilitación que deben realizar
los pacientes deben ser prescritas por un
terapeuta. De modo que, el objetivo del sistema
consiste en sustituir al terapeuta mediante la
incorporación de un robot humanoide el cual
mostrará al paciente los ejercicios a realizar. Esta
incorporación representa una componente
atractiva que a la vez permitirá alcanzar los
objetivos de rehabilitación más pronto en
comparación con el método tradicional asistido
por humanos. Además, a través del sensor Kinect
es posible registrar las rutinas realizadas
permitiendo la supervisión y la evaluación de su
progreso de la rehabilitación. No obstante, el
robot primero debe aprender estos movimientos,
entonces el terapeuta que lo entrenará deberá
ubicarse de pie frente al sensor Kinect, el cual
captura su esqueleto como un conjunto de
puntos (x, y, z). De los puntos identificados, para
efectos de la rehabilitación de los brazos, sólo
son útiles siete de ellos.
Identificación del esqueleto del usuario humano.

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Los puntos 3D se ingresan a un modelo
matemático que calcula las variables articulares,
esto es, los ángulos de flexión del codo y hombro,
además del ángulo de abducción-aducción del
hombro. Una vez calculadas las variables
articulares, éstas se transmiten al robot como
consignas de movimiento; es decir, el robot
imitará los movimientos del terapeuta que lo
entrena.
a) b) c)
Esquema de movimiento: a) flexión del hombro, b)
abducción-aducción del hombro, c) flexión del
codo.
El robot Nao incluye un software de simulación
llamado Choregraph®, por lo que su avatar
virtual también reproducirá tales movimientos. La
ventaja principal de este simulador es que
mantiene al robot en un estado seguro, dado que
previamente pueden realizarse pruebas en este
ambiente virtual, evitando colisiones entre sus
brazos o alguna otra parte de su cuerpo o con
objetos del entorno que puedan dañarlo.
Simulador Choregraph®.
Incorporando el simulador resulta el sistema
mostrado a continuación.
Incorporación del simulador en el sistema de
rehabilitación.
La interacción entre el terapeuta y el robot es
gestionada por una interfaz gráfica desarrollada
en Java, que se encarga de recibir la información
del sensor, procesarla y después enviarla al robot
de manera inalámbrica.
Interfaz gráfica.
En las siguientes ilustraciones se muestra la
interacción entre la interfaz gráfica, el simulador
Choreograph® y el robot Nao reproduciendo una
secuencia de movimientos.
Interacción y seguimiento del robot virtual.
Resultados experimentales.

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Comentario final
El sistema de rehabilitación calcula, con la ayuda
de un sensor Kinect, la posición de algunos
puntos de la anatomía de un usuario humano que
enseñará al robot las rutinas de rehabilitación.
Así, la información obtenida se utiliza para
determinar qué consignas deben darse al
humanoide para que reproduzca estos
movimientos. Con la metodología propuesta es
posible reproducir las rutinas de rehabilitación,
a pesar de las restricciones mecánicas de
movimiento del robot debidas a su arquitectura,
las cuales sólo le permiten reproducir ciertos
movimientos hasta un cierto grado. También es
posible incorporar programas de seguimiento
para evaluar el progreso de un paciente
mediante el sensor Kinect, de manera que sus
rutinas pueden registrarse y así determinar si son
realizadas de manera correcta. Finalmente, el
robot Nao también tiene la capacidad de dirigir
los ejercicios de rehabilitación, animando o
corrigiendo al paciente verbalmente a través de
sus comandos de voz.
Palabras clave: robot Nao; rehabilitación; ACV;
sensor Kinect.
1
Jorge Enrique Lavín Delgado obtuvo el grado de
Doctor en Ciencias en Control Automático por el
CINVESTAV-IPN; actualmente es Investigador
Nacional (SNI) Nivel I. Sus áreas de investigación
son: robótica, teoría de control, procesamiento de
imágenes, visión artificial y cálculo fraccionario.
Universidad Politécnica del Estado de Guerrero.
Dirección de Redes y Telecomunicaciones.
Contacto: jlavin@upeg.edu.mx
2
Daniel Edahi Urueta Hinojosa: Maestro en
Ciencias y Tecnologías de la Información en el
área de Inteligencia Artificial por la UAM-
Iztapalapa; actualmente es doctorante en la
misma institución. Sus áreas de investigación son
reconocimiento de patrones, optimización,
clasificación supervisada y no supervisada.
Universidad Politécnica del Estado de Guerrero.
Dirección de Redes y Telecomunicaciones.
Contacto: daniel.urueta@upeg.edu.mx
Lecturas recomendadas
Assad-Uz-Zaman, M., Islam, M.R., Rahman, M.H., et
al. (2020). Kinect controlled nao robot for
telerehabilitation. Journal of Intelligent
Systems, 30 (1), 224–239.
https://doi.org/10.1515/jisys-2019-0126
Balmik, A., Jha, M., Nandy, A. (2022). Nao robot
teleoperation with human motion recognition.
Arabian Journal for Science and Engineering,
47 (2), 1137–1146.
https://doi.org/10.1007/s13369-021-06051-2
Montalbán, M.A., Arrogante, O. (2020.)
Rehabilitación mediante terapia de realidad
virtual tras un accidente cerebrovascular: una
revisión bibliográfica. Revista Científica de la
Sociedad Española de Enfermería Neurológica,
52 (1), 19–27.
https://doi.org/10.1016/j.sedene.2020.01.002