Publicação: Aplicação de realidade virtual no desenvolvimento de gêmeo digital para um sistema integrado de braço e mão robóticos multiarticulados para apoio ao treinamento de usuários de próteses de membro superior
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
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As próteses de mão com Múltiplos Graus de Liberdade (MGL) representam o estado da arte na reabilitação de membros superiores, oferecendo cinco dedos com acionamento independente e dezenas de configurações de preensão. Apesar disso, sua adoção é limitada pela elevada barreira de aprendizado, pelo custo do treinamento clínico e por taxas de abandono persistentemente elevadas. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema virtual de auxílio ao treinamento de usuários dessas próteses, estruturado como um gêmeo digital. O sistema reproduz, em alta fidelidade, o comportamento integrado do braço robótico colaborativo DOBOT CR10 (seis graus de liberdade) acoplado à mão protética COVVI Hand (31 juntas, sendo 6 primárias e 25 com acoplamento mimic). A simulação foi implementada em ROS 2 Humble e Gazebo Classic 11, em uma célula de manufatura biomédica com esteira transportadora, câmera RGB, iluminação industrial e três objetos farmacêuticos representativos. O frasco, o tubo de ensaio e a ampola foram selecionados por demandarem os três arquétipos de preensão da mão COVVI: palm grip, claw grip e fingertip grip. O diferencial metodológico reside no pipeline de grasp autônomo por visão computacional, baseado em segmentação no espaço de cor HSV e em back-projection geométrica 2D-3D. Essa abordagem dispensa câmeras de profundidade e unidades de processamento gráfico, o que a torna adequada à futura embarcação no dispositivo físico. A cinemática inversa analítica do CR10 foi implementada na convenção URDF nativa do ROS 2, com compensação de offset do pedestal. Ela foi integrada à cinemática direta da mão COVVI por meio do mapeamento das 25 juntas mimic a partir das primárias. Uma máquina de estados finitos orquestra o ciclo completo de grasp em sete fases. Como ampliação da versão inicial, o sistema passou a contar com interface de controle manual e teach pendant para jog articular, gravação e exportação de trajetórias. Foi acrescentada ainda uma camada de conexão bidirecional com o hardware físico, capaz de comandar o braço e a mão reais a partir da simulação (Sim-to-Real) e de espelhar, em tempo real, a postura do braço físico no gêmeo digital (Real-to-Sim). Uma validação preliminar em bancada foi conduzida, na qual o conjunto CR10 + COVVI reproduziu as posturas comandadas e executou fisicamente os arquétipos palm grip e fingertip grip sobre objetos reais. Os resultados demonstram a viabilidade da plataforma como base tecnológica para o treinamento virtual de usuários de próteses MGL e evidenciam o primeiro estágio efetivo da transferência Sim-to-Real ao hardware, estabelecendo as condições metodológicas para futuras etapas de validação clínica.
Abstract
Palavras-chave
Prótese de mão, Gêmeo digital, Múltiplos graus de liberdade, Visão computacional
Citação
PRIMO, Lucas Martins. Aplicação de realidade virtual no desenvolvimento de gêmeo digital para um sistema integrado de braço e mão robóticos multiarticulados para apoio ao treinamento de usuários de próteses de membro superior. 2026. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
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