Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Sistema de controle para prótese ativa de joelho utilizando Deep Learning embarcado
Autor(es): YAMASHITA, João Vitor Yukio Bordin
Primeiro Orientador: LEITE, João Paulo Reus Rodrigues
metadata.dc.contributor.advisor-co1: MACHADO, Jeremias Barbosa
Resumo: Este trabalho aborda o desenvolvimento de modelos de Redes Neurais Convolucionais (CNNs) otimizados para a predição do ângulo do joelho em sistemas embarcados, visando aplicações em próteses de membros inferiores. Utilizando Unidades de Medida Inercial (IMUs) de baixo custo e técnicas de otimização multiobjetivo, foram desenvolvidos modelos especializados para diferentes tipos de marcha (curta, natural e longa), associados a um classificador capaz de identificar o padrão de marcha em tempo real. Os resultados demonstram que os modelos especializados superam significativamente um modelo combinado, alcançando um erro médio quadrático (RMSE) de 2, 050◦, uma melhoria de mais de 48% com relação a este último. Além disso, a implementação em um microcontrolador Kendryte K210 validou a viabilidade de implantação em hardware acessível, mantendo a eficiência computacional necessária para aplicações em tempo real. Este estudo contribui para o avanço das tecnologias assistivas, indicando que modelos eficientes de aprendizado profundo podem ser efetivamente implementados em sistemas embarcados, melhorando a qualidade de vida de indivíduos com amputações de membros inferiores. Essa abordagem aumenta ainda a acessibilidade financeira de soluções protéticas avançadas, tornando-as mais viáveis para indivíduos em regiões economicamente desfavorecidas.
Abstract: This work addresses the development of optimized Convolutional Neural Network (CNN) models for knee angle prediction in embedded systems, targeting applications in lower limb prosthetics. By leveraging low-cost Inertial Measurement Units (IMUs) and multiobjective optimization techniques, specialized models were developed for different gait types (short, natural, and long strides), associated with a classifier capable of real-time gait pattern identification. The results demonstrate that specialized models significantly outperform a combined model, achieving a root mean square error (RMSE) of 2.050◦, an improvement of over 48% compared to the latter. Furthermore, implementation on a Kendryte K210 microcontroller validated the feasibility of deployment on accessible hardware while maintaining the computational efficiency required for real-time applications. This study contributes to the advancement of assistive technologies, indicating that efficient deep learning models can be effectively implemented on embedded systems, improving the quality of life for individuals with lower limb amputations. This approach further increases the affordability of advanced prosthetic solutions, making them more accessible to individuals in economically disadvantaged regions.
Palavras-chave: Redes neurais convolucionais
TinyML
Sistemas embarcados
Aprendizado de máquina
CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4201
Data do documento: 12-Dez-2024
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