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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41764
ORCID: | ![]() |
Document type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Desenvolvimento de sistema para controle de velocidade de esteiras ergométricas |
Alternate title (s): | Developmento of controll system for treadmills speed |
Author: | Nobre, Rafael Lins |
First Advisor: | Assis, Pedro Augusto Queiroz |
First member of the Committee: | Gallo, Carlos Alberto |
Second member of the Committee: | Moura, Eder Alves |
Summary: | O emprego de estruturas robóticas para reabilitação da marcha humana pode facilitar o trabalho de profissionais da saúde envolvidos no processo e auxiliar na recuperação do indivíduo. Neste contexto, a estrutura denominada HOPE-G está sendo desenvolvida no Laboratório de Automação e Robótica (LAR) da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia. O objetivo é desenvolver um sistema que faça com que o indivíduo realize o máximo possível do protocolo de reabilitação sem restringir a movimentação natural do indivíduo. Dentre os elementos que compõem a HOPE-G, encontra-se uma esteira bipartida, isto é, duas esteiras posicionadas lado a lado que serão utilizadas no reaprendizado do caminhar. A ideia é fazer com que as esteiras se movimentem em velocidades ligeiramente diferentes, forçando o indivíduo a adotar ritmos distintos de passo em cada perna. Isso pode auxiliar na recuperação da coordenação das pernas. Para que a HOPE-G funcione adequadamente, é necessário desenvolver um sistema de controle e um circuito eletrônico que façam com que as esteiras sigam referências de velocidade fornecidas por um profissional da saúde ou um sistema externo. São esses os objetivos do presente trabalho. Mais especificamente, objetiva-se desenvolver e implementar controladores de velocidade para as esteiras da HOPE-G. O trabalho é realizado modificando-se esteiras ergométricas comerciais já disponíveis no LAR, para reduzir o tempo de desenvolvimento do trabalho. Inicialmente, tais esteiras foram modificadas de forma a possibilitar a medição das velocidades e a alteração das velocidades por meio de um Arduino UNO sem atrasos significativos. Então, através de ensaios experimentais, foram obtidos modelos matemáticos para descrever a relação entre a tensão média aplicada ao motor e a velocidade linear desenvolvida pelas esteiras. A partir desses modelos, projetam-se dois controladores (um para cada esteira) utilizando o lugar geométrico das raízes. Os desempenhos desses controladores são verificados por meio de simulações e testes experimentais. Ambos mostram que os controladores conseguem fazer com que as velocidades das esteiras sejam guiadas para valores de referência de acordo com os requisitos de projeto. Com a presença de um paciente sobre as esteiras, as performances dos controladores foram afetadas devido à inconsistência da marcha humana. Entretanto, considerou-se que os resultados foram satisfatórios com as velocidades medidas mantendose em torno de 20 % das referências estabelecidas, cumprindo assim com a proposta do projeto. |
Abstract: | The use of robotic structures for human gait rehabilitation can facilitate the work of healthcare professionals involved in the process and assist in the individual’s recovery. In this context, the structure named HOPE-G is being developed at the Automation and Robotics Laboratory (ARL) of the Federal University of Uberlândia’s Mechanical Engineering Faculty. The goal is to develop a system that allows the individual to perform as much of the rehabilitation protocol as possible without restricting the natural movement of the individual. Among the elements that compose HOPE-G, is a split treadmill, i.e., two treadmills positioned side by side that will be used in gait retraining. The idea is to make the treadmills move at slightly different speeds, forcing the individual to adopt distinct step rhythms on each leg. This can help in the recovery of leg coordination. For HOPE-G to function properly, it is necessary to develop a control system and an electronic circuit that make the treadmills follow speed references provided by a healthcare professional or an external system. These are the objectives of the present work. More specifically, the aim is to develop and implement speed controllers for HOPE-G’s treadmills. The work is carried out by modifying commercially available ergometric treadmills already present in ARL, to reduce the development time. Initially, these treadmills were modified to enable speed measurement and speed adjustment through an Arduino UNO without significant delays. Then, through experimental tests, mathematical models were obtained to describe the relationship between the average motor voltage applied and the linear speed developed by the treadmills. From these models, two controllers (one for each treadmill) are designed using the root locus method. The performances of these controllers are verified through simulations and experimental tests. Both show that the controllers can guide the treadmills speeds to reference values according to project requirements. With a patient on the treadmills, the performances of the controllers were affected due to the inconsistency of human gait. However, it was considered that the results were satisfactory with measured speeds remaining around 20 % of the established references, thus fulfilling the project proposal. |
Keywords: | Reabilitação da marcha humana Human gait rehabilitation Controle de velocidade de motor CC DC motor speed control Malha fechada Closed-loop control Controle clássico Classical control |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Quote: | NOBRE, Rafael Lins. Desenvolvimento de sistema para controle de velocidade de esteiras ergométricas. 2024. 60 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41764 |
Date of defense: | 24-May-2024 |
Appears in Collections: | TCC - Engenharia Mecatrônica |
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