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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise comparativa do torque em atuadores robóticos acionados por controle de 6 passos e controle por orientação de campo (FOC) aplicados à reabilitação de membros superiores
Author: Leal, Lucas Soares
First Advisor: Soares, Alcimar Barbosa
First member of the Committee: Almeida, Marcelo Barros de
Second member of the Committee: Lima, Gabriela Vieira
Summary: A perda de função motora dos membros superiores, frequentemente decorrente de acidente vascular cerebral (AVC), representa um dos principais desafios da reabilitação física, e a robótica assistiva surge como alternativa para tornar o tratamento mais intensivo, consistente e mensurável. Nesse contexto, a estratégia de controle do atuador elétrico influencia diretamente a qualidade do torque entregue ao paciente. Este trabalho tem como objetivo comparar o desempenho de duas técnicas de acionamento de motores síncronos de ímã permanente (PMSM) — a comutação em seis passos e o Controle Orientado por Campo (FOC) — quanto à geração de torque, no contexto de uma plataforma robótica de reabilitação de membros superiores inspirada no MIT-Manus. Para isso, ambas as estratégias foram modeladas e comparadas em ambiente MATLAB/Simulink; em paralelo, foi desenvolvido um PMSM personalizado de rotor externo (outrunner, 14 pares de polos) e um driver dedicado construído em torno do system-in-package STSPIN32G4, cujos parâmetros elétricos identificados experimentalmente foram incorporados ao modelo de simulação para uma validação de maior fidelidade. Os resultados mostraram que, para um torque médio equivalente (aproximadamente 1,03 N.m), o FOC produziu um oscilação de torque pico a pico de 0,323 N.m (31,4 %), cerca de 4,8 vezes menor do que o observado na comutação em seis passos (1,547 N.m, 150,1 %), além de resposta dinâmica de velocidade superior. Conclui-se que o FOC constitui a estratégia de controle mais adequada para aplicações de reabilitação que demandam torque suave e preciso, ficando a validação experimental física do protótipo como próxima etapa do desenvolvimento.
Abstract: Loss of upper-limb motor function, often resulting from stroke, is one of the main challenges in physical rehabilitation, and assistive robotics has emerged as an alternative for delivering more intensive, consistent, and measurable therapy. In this context, the control strategy adopted by the electric actuator directly affects the quality of the torque delivered to the patient. This work aims to compare the performance of two driving techniques for permanent magnet synchronous motors (PMSM) — six-step commutation and Field-Oriented Control (FOC) — with respect to torque generation, within the context of a robotic rehabilitation platform for the upper limbs inspired by the MIT-Manus. Both strategies were modeled and compared in a MATLAB/Simulink environment; in parallel, a custom outrunner PMSM (14 pole pairs) and a dedicated driver built around the STSPIN32G4 system-in-package were developed, and the experimentally identified electrical parameters of the physical motor were incorporated into the simulation model for a higher-fidelity validation. Results showed that, for an equivalent average torque (approximately 1.03 N.m), FOC produced a peak-to-peak torque ripple of 0.323 N.m (31.4 \%), about 4.8 times lower than that observed with six-step commutation (1.547 N.m, 150.1 \%), along with a superior speed dynamic response. It is concluded that FOC is the most suitable control strategy for rehabilitation applications requiring smooth and precise torque delivery, with physical experimental validation of the prototype remaining as the next development step.
Keywords: Reabilitação robótica
Controle Orientado por Campo
Comutação em seis passos
Motor síncrono de imã permanente
Torque ripple
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: LEAL, Lucas Soares. Análise comparativa do torque em atuadores robóticos acionados por controle de 6 passos e controle por orientação de campo (FOC) aplicados à reabilitação de membros superiores. 2026. 47 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50146
Date of defense: 5-Aug-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Biomédica

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