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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-2131-8937
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento e avaliação de uma interface para controle de cadeira de rodas motorizada por meio de movimentos da cabeça
Alternate title (s): Development and evaluation of an interface for control of motorized wheelchair by means of head movements
Author: Santos Junior, Edson Farias dos
First Advisor: Naves, Eduardo Lázaro Martins
First member of the Committee: Sá, Angela Abreu Rosa de
Second member of the Committee: Santos, Fernando Pasquini
Third member of the Committee: Caetano, Daniel Stefany Duarte
Summary: São muitos os desafios enfrentados por uma pessoa com deficiência física, principalmente quando se refere à sua mobilidade, onde a conquista da independência para se locomover requer a superação de obstáculos no curso do caminho. Um meio de transporte utilizado no dia a dia é a Cadeira de Rodas Motorizada (CRM), que não requer um esforço físico do cadeirante, mas apenas a habilidade para controlar um joystick para indicar a direção desejada. Porém, nem toda pessoa com deficiência (PcD) consegue utilizar este tipo de controle, devido a limitações tanto nos membros inferiores quanto superiores. Com o intuito de resolver este problema, surgem propostas de interfaces de controle que permitam conduzir uma cadeira rodas via movimentos da mão, cabeça, sinais eletromiográficos (provenientes de contrações de músculos), sinais eletroencefalográficos (atividade cerebral), comandos de voz, dentre outros. Contudo, usuários com problemas motores severos ainda encontram dificuldades para guiar a CRM, tornando indispensável a necessidade de treinamento. O intuito deste trabalho foi desenvolver um controle alternativo a partir de movimentos da cabeça registrados por um acelerômetro, para indivíduos com comprometimento dos membros inferiores e superiores. Seu objetivo é prover uma solução de baixo custo, tamanho reduzido, integrável a diferentes dispositivos (computador, CRM, etc.), fácil aprendizado e plug-and-play, dispensando assim conhecimento técnico prévio do usuário. Como estratégia de avaliação da ferramenta desenvolvida usou-se a tecnologia de Realidade Virtual (RV), usada para treinamento, permitindo o aprendizado em um ambiente confortável, seguro e livre de situações inesperadas que possam colocar em risco a vida do cadeirante ou terceiros. Sendo assim, a interface foi integrada a um simulador em RV específico para treinamento na condução de CRM. A etapa de avaliação com o público alvo foi realizada na AACD (Associação de Assistência à Criança Deficiente) da cidade de Uberlândia, e contou com a participação de 4 voluntários com quadro clínico de tetraplegia resultante de lesão medular, com paralisia total dos membros inferiores e parcial dos membros superiores. A avaliação foi dividida em duas partes: (1) análise do desempenho do usuário na condução da CRM virtual utilizando a interface de controle proposta e, (2) perspectiva do usuário de acordo com a usabilidade da modalidade de controle desenvolvida. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios quanto às expectativas funcionais e de usabilidade. Além disso, as observações realizadas durante a coleta de dados permitiram sugerir melhorias a serem abordadas em trabalhos futuros.
Abstract: There are many challenges faced by people with disabilities, especially when it comes to mobility, where being able to travel independently require overcoming obstacles along the way. A device for transportation widely used is the electric-powered wheelchair (EPW). Instead of requiring physical effort from the user, it demands the ability to control a joystick to indicate the desired direction. However, not every person with disability is able to use a joystick due to limitations in the upper limbs. In this context, researchers have developed alternative methods for controlling a wheelchair. For example, using hand or head movements, electromyographic signals (from muscle contractions), electroencephalographic signals (brain activity), voice commands, among others. However, users with severe motor disabilities are still find difficulties while using a EPW, making training an indispensable step. The goal of this work is to develop an alternative control from head movements recorded by an accelerometer, for individuals with lower and upper limb impairment. Its goal is to provide a low-cost, reduced size solution, integrable with different devices (computer, EPW), easy to learn and with plug-and-play capacities, dispensing technical knowledge from the user. As strategy for assessment of developed tool, Virtual Reality (VR) technology was used for training, allowing the user to learn in a comfortable, safe and controlled environment. The interface for the alternative control was integrated with a specific VR simulator that provides training for EPW. The assessment step was executed in AACD (Associação de Assistência à Criança Deficiente, portuguese for Association for Assistance to Disabled Children) in the city of Uberlândia, with the participation of four volunteers with quadriplegia resulted from spinal cord injury, with total paralysis of the lower limbs and partial paralysis of the upper limbs. The assessment was divided into two parts: (1) analysis of user performance navigating a virtual wheelchair while using the proposed control interface and, (2) the user's perspective according to the usability of the control modality developed. The results obtained were shown to be satisfactory, according the functional and usability expectations. Furthermore, the observations made during data collection allowed to suggest improvements to be addressed in future works.
Keywords: Cadeira de Rodas Motorizada
Sensor inercial
Tetraplegia
Tecnologia Assistiva
Realidade Virtual
Interface de controle alternativa
Movimentos de cabeça
Acelerômetro
Motorized Wheelchair
Inertial sensor
Quadriplegia
Assistive Technology
Virtual Reality
Alternative control interface
Head movements
Accelerometer
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Subject: Cadeiras de rodas
Quadriplegia
Realidade virtual
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: SANTOS JUNIOR, Edson Farias dos. Desenvolvimento e avaliação de uma interface para controle de cadeira de rodas motorizada por meio de movimentos da cabeça. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.6009.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.6009
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31375
Date of defense: 29-Jan-2021
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica

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