Parque tecnológico de la Universidad Miguel Hernández, 

Avda. de la Universidad s/n 03202, Elche (Spain) +34 965 222017 

info@instead‐technologies.com 

DESCRIPTION 

ROBOTHERAPIST is based on a four bar mechanism. The mechanism is configured as 

a  generic  planar  two‐dimensional  manipulator  and  optimized  for  delivering 

rehabilitation  therapies,  in  which  end‐point  impedance  must  be  minimized. 

ROBOTHERAPIST consist of a two‐dimensional manipulator fixed to a table, a tactile 

monitor  with  a  custom  developed  software  which  is  used  as  a  Graphical  User 

Interface  to  display  activities  in  coordination  with  the  robot’s movement  and  a 

computer to implement real‐time control of the two pneumatic actuators. 

Pneumatic actuators originally  limited to simple motion between two hard stops, 

are now becoming more and more popular, and substituting in many cases electric 

drives.  Especially  robots  intended  to  cooperate  with  humans,  such  as 

ROBOTHERAPIST requires drives compliant and safe. The most apparent property of 

a pneumatic system is that of compliant actuation by virtue of the compressibility of 

air. Moreover, this kind of actuators can exert enough driving power despite being 

lightweight and having a  small  size because  the  ratio of  its out put power  to  its 

weight  is  large.  In  short,  a  pneumatic  swivel module with  angular  displacement 

encoder has been used as an actuator for each joint . 

Suitable for both arms

• One of the most important characteristics is the possibility ofworking with both hands without necessity of changing theposition or the configuration of the robotic arm or patients,thanks of the end‐effector.

Light & resistant• ROBOTHERAPIST2D is based on a light, resistant and simplestructure. The result was a 2‐degree of freedom system withthe actuators placed in the base.

Reliable & safe

• Knowing that the robotic system has been designed for therehabilitation of the upper extremity, it is vital to focus ongetting a reliable interaction human‐machine. Pneumaticactuation is used since it provides the system with greatflexibility and inherent security.

 

 

 

 

 

 

 

 

Wide working range

The  four bar mechanism has been designed using the  information provided by a 

previous analysis of reaching activities and a simple model of human arm reachable 

workspace  (ARW)  15.  The  kinematic  data  of  the  human  arm  during  different 

reaching tasks were collected using two wireless inertial measurement units (IMUs) 

attached to subject’s arm and forearm. For each arm motion, the rotation matrix of 

each IMU was computed. Using the simplified kinematic model of human arm and 

the information provided by the IMUs, 2D trajectories for each reaching task in the 

worst case were computed. The final conclusion of this analysis was that desired 

workspace that can be reached by an adult arm is an ellipse with its major and minor 

axis equal to 1200mm and 600mm respectively as shown in Figure.

User Interface Software 

 

 

 

 

   

A sample image of activities is shown. 

Moreover,  visual  and  sound 

reinforcements  are  implemented  to 

motivate the patient when he or she 

realizes  any  activity  successfully. 

Otherwise, the implemented software 

shows  images  and  plays  sounds  to 

relax  the  patient  after  any  activity. 

Finally,  the  user  interface  software 

makes  a  data  base  with  all  patient 

data and their evolution with the aim 

to  make  easier  the  study  of  the 

patients  evolution  and  to  decide  the 

therapy plan by the therapist.

BENEFITS  

 

Robots Patient 

Assistance Interactive 

Technologies Price 

Aprox. €Counterbalance  Electric Pneumatic 

Armeo Boom      25000 

Armeo Spring      60000 

MIT‐Manus/ Inmotion            65000 

ReoGo      65000 

Rebotherapist      45000 

A key aspect when developing a  rehabilitation  robot  is safety  in  interaction with 

humans and more so when interacting with people with impaired motor function 

due to brain damage. There are two possibilities for providing security during the 

interaction by controlling  the drives of  the  robot, and by using  intrinsically  safe 

actuators to absorb the undesired forces that occur in human‐robot interaction. 

Pneumatic  actuators  use  air  as  the  main  source  of  energy.  Due  to  the 

compressibility  of  air,  these  drives  are  able  to  dissipate  unwanted  forces  that 

appear during interactions. Since the technology is less complex compared to other 

similar systems the repair costs are kept to a minimum. Another advantage of this 

type of  actuators  is  that  they have  a  large  force  to weight  ratio,  thanks  to  this 

feature , a more lightweight mechanism is achieved with less inertia, resulting in a 

more secure and robust system.

CLINICAL RESEARCH 

  

Publications:  

F. J. Badesa, R. Morales, N. García‐Aracil, J. M. Sabater, C. Pérez‐Vidal and E. Fernández, Multimodal 

interfaces to improve therapeutic outcomes in robot‐assisted rehabilitation, Transactions on Systems, 

Man, and Cybernetics– Part C: Applications and Reviews, vol.42, no.6, pp.1152‐1158, November 2012. 

ISSN: 1094‐697 

  

A. Llinares, F. J. Badesa, R. Morales, N. Garcia‐Aracil, J. M. Sabater, E. Fernández, Robotic assessment of 

the influence of age on upper‐limb sensorimotor function, Clinical Interventions in Aging, vol. 2013:8, 

pp. 879 ‐ 888, Julio 2013. ISSN: 1176‐9092.  

 

F.  J. Badesa, A. Llinares, R. Morales, N. Garcia‐Aracil,  J. M. Sabater, C. Perez‐Vidal, Pneumatic planar 

rehabilitation  robot  for  chronic  stroke  patients,  Biomedical  Engineering:  Applications,  Basis  and 

Communications. 

  

F. J. Badesa, R. Morales, N. Garcia‐Aracil, J. M. Sabater, A. Casals, L. Zollo, Auto‐adaptive robot‐aided 

therapy using machine learning techniques, Computer Methods and Programs in Biomedicine.  

 

Patent:  

ROBOTIC ARM FOR CONTROLLING ARM MOVEMENT 

Inventors: Jose Maria SABATER NAVARRO, Eduardo FERNÁNDEZ JOVER, Nicolas Manuel GARCIA 

ARACIL, Jose Maria AZORIN POVEDA, Carlos PEREZ VIDAL 

Publication date 2010/2/18 ,Patent office WO, Patent number WO/2010/018283 

   

 

 

 

 

 

 

 

CLINICAL RESEARCH COMPARISON 

 

 

* Won Hyuk Chang Yun‐Hee Kima, Robot‐assisted Therapy in Stroke Rehabilitation, Journal of Stroke 

2013;15(3):174‐181 

 

   

 

 

 

 

 

 

Authors  Robotic device 

Number of participants 

Stroke stage  Intensity Concomitant therapy 

Summary of results in comparison with 

conventional therapies 

Upper Limb function 

Activities of aily living 

*Lum et al., 2006  MIME  30  Subacute 

1 hour, 15 sessions over 

4 weeks No 

No difference 

No difference 

*Masiero et al., 2007  NeReBot  35  Subacute 

4 hours per week for 5 weeks 

Yes No 

difference More 

effective 

*Volpe et al., 2008  InMotion2  21  Chronic 

1 hour, 3 times per week for 6 weeks 

No No 

difference No 

difference 

*Lo et al., 2010  MIT‐MANUS 

127  Chronic 

a maximum of 36 sessions 

over 12 weeks 

No More 

effective Not assessed 

*Burgar et al., 2011  MIME  54  Subacute 

1 hour, 5 times per week for 3 weeks 

No No 

difference No 

difference 

*Conroy et al., 2011 

InMotion 2.0 

Shoulder/Arm Robot 

57  Chronic 

1 hour, 3 sessions per week for 6 weeks 

No No 

difference More 

effective 

Garcia‐Aracil et al, 2014 

Robotherapist 

61  Chronic 

1 hour, 3 times per week for 10 

weeks 

No More 

effective More 

effective 

TECHNICALS SPECIFITIONS 

 

 

   

 

 

   

 

Type of action   Pneumatic 

Degrees of freedom   2 

Actuator   pneumatic rotary modules 

Operating Pressure   6‐‐‐10 BARS 

Supply Voltage   230 Vac 

Operating Voltage   24 Vdc 

Sensing  Voltage    10 Vdc 

Maximum force per actuator   5 Nm 

Emergency Stop    EN418. Category 4 (DIN EN954‐‐‐1) 

Operating Temperature   0 … 40 °C 

Power Consumption   Max. 150 W 

Connection voltage   Conector  IECC 13 

Connecting air supply   Plug type 

Communication ‐‐‐ Robot‐Pc   ETHERNET, distribution 568A‐‐‐568B.  Fluid     Filtered compressed air, without lubrication 

Maximum frequency of rotation     2 Hz 

Nominal flow    0,005 m3/min 

Worktop    Aprox. 0,5 m2 

Base dimensions    500x500 mm 

Total height of the robot    1150 mm MAX.  Weight   80 Kg 

 

 

 

 Parque tecnológico de la Universidad Miguel Hernández, 

Avda. de la Universidad s/n 03202, Elche (Spain) +34 965 222017 

info@instead‐technologies.com