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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37514
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-0452-603X |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Embargo Date: | 2023-03 |
Title: | Desenvolvimento da estrutura HOPE-G: um sistema robótico para reabilitação da marcha humana |
Alternate title (s): | Development of HOPE-G: a robotic system for human gait rehabilitation |
Author: | Rodrigues, Lucas Antônio Oliveira |
First Advisor: | Gonçalves, Rogério Sales |
First member of the Committee: | Finzi Neto, Roberto Mendes |
Second member of the Committee: | Cavalini Júnior, Aldemir Aparecido |
Third member of the Committee: | Tonidandel, Flavio |
Fourth member of the Committee: | Ferreira Junior, Paulo Roberto |
Summary: | Os processos modernos de reabilitação para pacientes com doenças neurológicas têm sido amplamente auxiliados por estruturas robóticas de diversos tipos, as quais estão constantemente sendo pesquisadas e melhoradas. Embora a aplicação de estruturas robóticas esteja em um estágio avançado para reabilitação do membro superior, a marcha humana ainda carece de inovação. Com base neste fato, este trabalho destinou-se ao desenvolvimento de uma nova estrutura paralela para reabilitação da marcha humana de pacientes pós Acidente Vascular Encefálico, denominada HOPE-G. A estrutura é composta por três módulos distintos, e esta tese tem como objetivo realizar um teste piloto, para verificar a viabilidade da utilização de um suporte ativo de peso corporal integrado a um jogo eletrônico para auxiliar a realização de exercícios em uma esteira, observando principalmente a influência no equilíbrio dos participantes da pesquisa. Neste trabalho, realizou se o desenvolvimento de dois destes módulos e o teste experimental de um deles. Inicialmente, realizou-se uma revisão bibliográfica do estado da arte das tecnologias aplicadas nesta área do conhecimento. A seguir, os módulos mecânicos da estrutura foram modelados seguindo técnicas consolidadas de síntese de estruturas multicorpos e otimizados com técnicas de otimização meta heurística. Na sequência, um protótipo de um dos módulos foi construído. A partir da estrutura, o sistema de controle dos motores foi elaborado com auxílio de métodos computacionais e integrado a um jogo eletrônico desenvolvido para atuar em conjunto com o equipamento. O controle da estrutura foi desenvolvido utilizando controladores PID obtendo-se os parâmetros por otimização meta-heurística, e associando-os a uma função de supressão para assistir quando necessário. O módulo foi então submetido a testes piloto com um boneco antropométrico de madeira e participantes saudáveis onde foram coletados dados durante cada teste. Os resultados do teste piloto mostraram bom funcionamento do design proposto com recomendações para melhorias elétricas e mecânicas. Os dados e recomendações deste estudo serão utilizados como referência para um estudo futuro da eficácia do dispositivo no processo de reabilitação da marcha humana em pacientes em tratamento do AVE. |
Abstract: | Modern rehabilitation processes for neurological patients have been widely assisted by robotic structures, with continuous research and improvements. The use of robotic assistance in rehabilitation is a consolidated technique for upper limb training sessions. However, human gait robotic rehabilitation still needs further research and development. Based on that, this work deals with the development of a new parallel gait rehabilitation structure designed for post-stroke patients, named HOPE-G. The structure is composed of three distinct modules, and this thesis has the pilot tests of the active bodyweight support integrated with a serious game as the main objective. The test objective is to check the feasibility of the proposed design aggregated with a treadmill, focusing on the gait balance. This work also presents the mathematical model of the two mechanical modules, while building a prototype for experimental tests for one of them. The thesis begins with a background review of the state of the art of applied technologies in this area of knowledge. Next, it presents the obtained mathematical models for the mechanical modules of HOPE-G following multibody synthesis techniques and meta-heuristic optimization. After computational simulations are performed and based on the results, the prototype is built. The control of the structure is designed using PID controllers tuned with meta-heuristic optimization and associated with a suppression function to perform assist-as-needed actions. Then, the prototype is integrated with a serious game designed specifically for this application. Finally, the tests are conducted with the structure, first with a wooden anthropometric puppet, and then with healthy volunteers. The results obtained from these first pilot tests show that the mobility of the module is as expected, with recommendations s for electrical and mechanical improvements. With these improvements, the module will be submitted to clinical trials with a post-stroke research group. |
Keywords: | Reabilitação robótica estruturas paralelas jogos sérios Macha Humana Membro inferior Rehabilitation robotics parallel structures serious games human male Lower member |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::METODOS DE SINTESE E OTIMIZACAO APLICADOS AO PROJETO MECANICO |
Subject: | Engenharia mecânica Robótica Marcha humana Tecnologia de reabilitação |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | RODRIGUES, Lucas Antônio Oliveira. Desenvolvimento da estrutura HOPE-G: um sistema robótico para reabilitação da marcha humana. 2022. 195 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.84 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.84 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37514 |
Date of defense: | 18-Feb-2022 |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Mecânica |
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