| Título: | Controle de impedância de uma órtese motorizada para joelho |
| Autor(es): | Silva, Vítor Rangel de Aquino |
| Orientador(es): | Muñoz Arboleda, Daniel Mauricio |
| Assunto: | Reabilitação
Exoesqueleto
Órteses
Joelhos |
| Data de apresentação: | 20-Dez-2023 |
| Data de publicação: | 24-Set-2024 |
| Referência: | SILVA, Vítor Rangel de Aquino. Controle de impedância de uma órtese motorizada para joelho. 2023. 48 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Eletrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2023. |
| Resumo: | A órtese motorizada de joelho é uma inovação tecnológica que desempenha um papel
significativo no campo da reabilitação e assistência para pessoas com comprometimento
motor ou lesões no joelho. Esta tecnologia combina a funcionalidade das órteses tradicionais
com a capacidade de fornecer assistência motora controlada, oferecendo uma abordagem
mais avançada e personalizada para o suporte biomecânico. Neste trabalho foi desenvolvido
uma órtese motorizada de joelho utilizando um controlador de impedância em conjunto
com um controlador Proporcional-Integral (PI). O projeto é composto por duas partes: parte
superior e inferior da perna conectados através de uma junta motorizada. A junta é feita
de alumínio, devido a sua elevada propriedade mecânica em função do peso e possui um
motor Brushless DC, uma caixa de redução para aumentar o torque e um rolamento para
reduzir o atrito entre peças e garantir um movimento suave. O motor é controlado por meio
de um microcontrolador, cuja função será gerar um sinal de controle para os motores com
base no controlador de impedância. O projeto também possui uma Unidade de Medição
Inercial (IMU) para assegurar a correta medição do ângulo da junta. Os testes executados
foram compostos por três modos: o primeiro, objetiva a detecção da intenção de movimento
do usuário, ou seja, detecta uma força aplicada e mantém o sentido do movimento até uma
posição pré-definida, independente da força ter cessado; o segundo, detecta a intenção de
movimento do usuário e compensa o movimento utilizando o motor, isto é, enquanto a força
é aplicada, o motor se move naquele sentido; e o terceiro, aplicando uma força contrária à
intenção de movimento e retornando ao ponto de referência logo após. Os resultados foram
obtidos através da medição de ângulos realizados pelo sensor Hall embutido no motor e
validados através das redundâncias compostas por transferidor e IMU, além de curvas de
corrente média pelo tempo, cuja análise mostram a aplicação da força e respectiva resposta
do motor. |
| Abstract: | The motorized knee orthosis is a technological innovation that plays a significant role
in the field of rehabilitation and assistance for people with motor impairment or knee
injuries. This technology combines the functionality of traditional orthoses with the ability
to provide controlled motor assistance, offering a more advanced and personalized approach
to biomechanical support. In this work, a motorized knee orthosis was developed using
an impedance controller in conjunction with a Proportional-Integral (PI) controller. The
project consists of two parts: upper and lower leg connected through a motorized joint. The
joint is made of aluminum, due to its high mechanical properties in relation to its weight,
and has a Brushless DC motor, a reduction box to increase torque and a bearing to reduce
friction between parts and ensure smooth movement. The motor will be controlled using a
microcontroller, more specifically an Arduino, whose function will be to generate a control
signal for the motors based on the impedance controller. The design also features an Inertial
Measurement Unit (IMU) to ensure correct joint angle measurement. The tests performed
were composed of three modes: the first, aims to detect the user’s intention to move, that
is, it detects an applied force and maintains the direction of movement until a pre-defined
position, regardless of the force having ceased; the second, detects the user’s intention to
move and compensates the movement using the motor, that is, while the force is applied,
the motor moves in that direction; and the third, applying a force contrary to the intention
of movement and returning to the reference point shortly after. The results were obtained
by measuring angles made by the Hall sensor built into the motor and validated through
redundancies made up of a protractor and IMU, in addition to average current curves over
time, the analysis of which shows the application of force and the respective motor response. |
| Informações adicionais: | Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2023. |
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| Aparece na Coleção: | Engenharia Eletrônica
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