UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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dc.creatorCAMPOS, Raíssa Ferraz-
dc.date.issued2020-07-24-
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2218-
dc.description.abstractIn Brazil the number of lower limb ablations performed in the public health system is prevalent among surgeries of this type, with transfemoral amputations having the highest incidence. With the loss of a considerable part of a lower limb, body’s balance and stability are drastically affected. The attempt to compensate the loss affects patients’ body biomechanics and the deprivation of mobility directly influences its quality of life. Over the years, efforts to enlarge transfemural amputee patients’ quality of life have grown and numerous researches have been carried out, benefiting prosthetic development that tries to compensate the limb loss or at least to mitigate the influences on body biomechanics. Limb prostheses can be passive, semi-active and active, being the last mentioned the most appropriate to provide an experience very close to the natural one to its users. Magneto-rheological fluids are a class of intelligent materials, whose main characteristic is to change from a liquid to a semi-solid state through the application of a magnetic field. Its advantages make its use very promising in several implementations, such as in the field of prosthetic devices. This study presents the development of a control system for a magneto-rheological knee that aims to be subsequently applied in an active transfemoral prosthesis. The system uses neural networks and predictive control techniques, that brings the skills of learning, forecasting, self-organization, the ability to predict and guarantee the behaviour of the system within the prediction horizon. Together these two techniques enable a refinement of the control system. In order to assure its correct functioning, torque and knee positioning controls are performed, which acting as sub-systems are responsible for ensuring that the engine is able to provide sufficient torque to perform the movements and the leg could be properly positioned during every gait cycle. The two sub-systems acting simultaneously and steadily can guarantee that all system requirements are met. Different network arrangements are tested using Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit and simple recurrent layers. The results showed that the magneto-rheological knee can be controlled using the techniques presented, which demonstrates its application in real prostheses is feasible and promising.pt_BR
dc.description.sponsorshipAgência 1pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Itajubápt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectPróteses transfemuraispt_BR
dc.subjectJoelho magneto-reológicopt_BR
dc.subjectControle preditivopt_BR
dc.subjectRedes neurais recorrentespt_BR
dc.subjectIstmpt_BR
dc.titleDesenvolvimento de um sistema de controle aplicado a uma prótese ativa de joelhopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.date.available2020-11-13-
dc.date.available2020-11-13T16:52:46Z-
dc.date.accessioned2020-11-13T16:52:46Z-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3794541980252292pt_BR
dc.contributor.advisor1FERREIRA, Luis Henrique de Carvalho-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3369026753730781pt_BR
dc.contributor.advisor-co1MACHADO, Jeremias Barbosa-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6847110694951429pt_BR
dc.description.resumoNo Brasil o número de ablações de membros inferiores realizadas na rede pública de saúde é predominante entre as cirurgias deste tipo, sendo as amputações feitas entre o joelho e a articulação do quadril – designadas amputações transfemurais – as de maior incidência. Equilíbrio e estabilidade passam a ser novos obstáculos após uma cirurgia como esta. A tentativa de compensação da perda do membro faz com que a biomecânica corporal seja afetada; além disso, uma privação da mobilidade do paciente indubitavelmente ocorre, influenciando diretamente a sua qualidade de vida. Ao longo dos anos, as investidas na devolução da qualidade de vida aos pacientes amputados transfemurais ganharam mais forma. Vislumbrando suprir a perda do membro ou, ao menos, atenuar as influências na biomecânica corporal, inúmeras pesquisas têm sido realizadas no campo do desenvolvimento de próteses, inclusive de joelho. As próteses de membros podem ser de três tipos: passiva, semi-ativa e ativa. No fim, o que se pretende é que elas proporcionem ao indivíduo uma experiência próxima ao natural, tanto quanto possível; para tal finalidade, as próteses ativas são as mais eficientes. Os fluidos magneto-reológicos são uma classe de materiais inteligentes, cuja principal característica é passar do estado líquido para semi-sólido por meio da aplicação de um campo magnético. Suas vantagens fazem com que sua utilização seja bastante promissora em diversas aplicações, como nos dispositivos protéticos. O presente estudo traz a elaboração de um sistema de controle de um joelho magnetoreológico que, com a utilização de técnicas de controle preditivo e redes neurais, visa ser posteriormente implementado em uma prótese transfemural ativa. As habilidades de aprendizado, previsão e auto-organização, aliadas à capacidade de predição e garantia de comportamento do sistema dentro do horizonte de previsão, possibilitam o refinamento do controle do sistema. A fim de atestar seu correto funcionamento são feitos os controles de torque e de posição do joelho, que, atuando como sub-sistemas, são responsáveis por assegurar que o motor tenha condições de proporcionar torque suficiente para realização dos movimentos e que a perna possa ser adequadamente posicionada durante todo o ciclo de marcha. Os dois subsistemas, atuando simultânea e compassadamente, garantem que todos os requisitos do sistema sejam satisfeitos. Diferentes arranjos de redes são testados utilizando camadas Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit e camadas recorrentes simples. Os resultados mostram que o controle do joelho é alcançado fazendo uso das técnicas apresentadas, demonstrando que sua aplicação em próteses é factível e promissora.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento 1pt_BR
dc.publisher.programPPG1pt_BR
dc.publisher.initialsUNIFEIpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::ELETRÔNICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRÔNICOSpt_BR
dc.relation.referencesCAMPOS, Raíssa Ferraz. Desenvolvimento de um Sistema de Controle aplicado a uma Prótese Ativa de Joelho. 2020. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020.pt_BR
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