Geração de Trajetórias Angulares Para Articulações de Uma Órtese Ativa usando Modelagem de PDF
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA UNIVERSIDADEFEDERALDO RIO GRANDE DO NORTE Geração de Trajetórias Angulares Para Articulações de Uma Órtese Ativa usando Modelagem de Caminhada Nicholas de Bastos Melo Orientador: Prof. Dr. CarlosEduardoTrabucoDórea Co-orientador: Prof. Dr. PabloJavierAlsina Tese de Doutorado apresentada ao Pro- grama de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaedeComputaçãodaUFRN(áreade concentração: Automação e Sistemas) como parte dos requisitos para obtenção do título deDoutoremCiências. Número de ordem PPgEEC: D203 Natal, RN, 6 de Setembro de 2017 Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede Melo, Nicholas de Bastos. Geração de trajetórias angulares para articulações de uma órtese ativa usando modelagem de caminhada / Nicholas de Bastos Melo. - 2018. 78 f.: il. Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação. Natal, RN, 2018. Orientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Trabuco Dórea. Coorientador: Prof. Dr. Pablo Javier Alsina. 1. Robótica - Tese. 2. Tecnologia assistiva - Tese. 3. Modelagem de caminhada - Tese. 4. Órteses ativas - Tese. 5. Análise de componentes principais - Tese. I. Dórea, Carlos Eduardo Trabuco. II. Alsina, Pablo Javier. III. Título. RN/UF/BCZM CDU 621.865.8 Elaborado por FERNANDA DE MEDEIROS FERREIRA AQUINO - CRB-15/316 Esse trabalho é dedicado a todos os portadores de necessidades especiais, que são uma fonte de inspiração e esperança perante todos os problemas. Agradecimentos Aomeuorientadoreaomeuco-orientador,professoresCarlosEduardoePablo,soueter- namentegratopelaajuda,conselhosededicaçãogastosdurantetodootrabalho. Aos Professores Márcio Valério e Anselmo, pelas valiosas sugestões e críticas para o desenvolvimentodométodoproposto. Aoscolegasdelaboratóriopelapresençaamigaeajudanosmomentosdifíceis. Àminhafamília,emespecialminhaesposa,peloamoreapoio. AoCNPQ,peloapoiofinanceiro. Resumo Nos últimos anos vem sendo observado um aumento na quantidade de pesquisas que usamórtesesativasparareabilitaçãooucompensaçãofuncionaldepacientessofrendoal- gum nível de lesão medular. Apesar dos inúmeros avanços obtidos, ainda existem vários desafios relacionados à redução do consumo energético e à capacidade do dispositivo em sintetizar movimentos antropomórficos. Além disso, estudos apontam que é importante levar em consideração características individuais dos usuários, o que se mostra uma ta- refa não trivial. Uma possível abordagem para tais problemas é utilizar modelagem de caminhadaparagerarreferênciasdemovimentosantropomórficosparaodispositivo. Recentemente alguns estudos apontaram o uso de métodos estatísticos para modela- gemdecaminada,apresentandoumanovapossibilidadeparaasoluçãodegerartrajetórias para articulações. Um desses métodos é o método PCA (do inglês Principal Component Analysis). AprincipalcaracterísticadoPCAésuacapacidadedesepararemcomponentes diferentes comportamentos encontrados em um conjunto de dados. Quando aplicado em parâmetrosdecaminhada,épossívelorganizartaiscomponentesemcaracterísticasgerais eindividuais. Dentro deste contexto, esta tese apresenta um método de geração de trajetórias an- gulares de articulações a serem executadas por uma órtese ativa de membros inferiores. O método proposto leva em consideração peculiaridades da marcha de cada usuário. O métodoutilizaPCAparaextraircaracterísticascompartilhadasdentrodeumbancodeda- dos,levandoemconsideraçãovaríaveisdiretamenterelacionadaàmarchahumana,como ângulosdearticulaçõesedadosdocorpodousuário. Astrajetóriasangularesdearticulaçõessãorepresentadasemfunçãodeumnúmerode componentes harmônicas a partir da série de Fourier. A habilidade de geração de marcha do método proposto foi validada a partir de experimentos envolvendo um protótipo de órteseativaparamembrosinferiores,ondeorendimentododispositivofoimedidoatravés doconsumoenergéticodosmotoreseesforçometabólicoexercidopelousuário. Palavras-chave: Robótica,TecnológiaAssistiva,ModelagemdeCaminhada,Órteses Ativas,AnálisedeComponentesPrincipais.
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