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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-6828-4589
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de um sistema de rastreamento inercial em tempo real sem fio para membros superiores
Alternate title (s): Development of a wireless real-time inertial tracking system for upper limbs
Author: Costa, Breno Oliveira
First Advisor: Soares, Alcimar Barbosa
First member of the Committee: Pereira, Adriano Alves
Second member of the Committee: Mendes, Luanne Cardoso
Summary: A análise quantitativa do movimento humano é uma ferramenta essencial para o diagnóstico clínico, reabilitação física e controle de interfaces robóticas. No entanto, os sistemas comerciais de captura de movimento apresentam restrições de portabilidade e complexidade operacional que limitam seu uso em larga escala. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um sistema de rastreamento de movimento acessível, portátil e robusto, baseado em uma rede de sensores inerciais (IMUs) sem fio, focado na reconstrução cinemática de membros superiores com alta fidelidade. A plataforma de hardware utiliza microcontroladores ESP32 integrados a sensores MPU9250, operando com um protocolo de comunicação híbrido TCP/UDP comunicando com o software em linguagem Python otimizado para garantir a integridade dos dados e velocidade de transmissão em tempo real. Para a estimativa precisa de orientação espacial, foi implementado o algoritmo de fusão sensorial de Madgwick via quaternions. A validação metrológica do sistema foi realizada comparando-o a um manipulador robótico industrial (Dobot CR10A), adotado como padrão-ouro de posicionamento. Os ensaios incluíram testes estáticos e dinâmicos de varredura angular, além de testes funcionais. Os resultados demonstraram uma alta correlação entre o sistema proposto e a referência robótica, comprovando a confiabilidade das medidas e a capacidade do sistema em reconstruir movimentos complexos com precisão e estabilidade, validando sua viabilidade como uma ferramenta robusta para análise biomecânica.
Abstract: Quantitative analysis of human movement is an essential tool for clinical diagnosis, physical rehabilitation, and robotic interface control. However, commercial motion capture systems present portability restrictions and operational complexity that limit their widespread use. This work presents the development and validation of an accessible, portable, and robust motion tracking system based on a wireless inertial measurement unit (IMU) network, focused on high-fidelity kinematic reconstruction of upper limbs. The hardware platform uses ESP32 microcontrollers integrated with MPU9250 sensors, operating with a hybrid TCP/UDP communication protocol communicating with Python software, optimized to ensure data integrity and real-time transmission speed. For precise spatial orientation estimation, the Madgwick sensor fusion algorithm was implemented using quaternions. The metrological validation of the system was performed by comparing it to an industrial robotic manipulator (Dobot CR10A), adopted as the gold standard for positioning. The trials included static and dynamic angular sweep tests, as well as functional tests. The results demonstrated a high correlation between the proposed system and the robotic reference, proving the reliability of the measurements and the system's capability to reconstruct complex movements with precision and stability, validating its viability as a robust tool for biomechanical analysis.
Keywords: Captura de movimento de membro superior
Upper limb motion capture
Sensores inerciais sem fio
Wireless inertial sensors
Fusão sensorial
Sensor fusion
Monitoramento em tempo real
Real-time monitoring
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: COSTA, Breno Oliveira. Desenvolvimento de um sistema de rastreamento inercial em tempo real sem fio para membros superiores. 2026. 83 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49432
Date of defense: 12-Feb-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Biomédica

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