DSpace/Manakin Repository

Desenvolvimento de um sistema de controle aplicado a uma prótese ativa de joelho

Mostrar registro simples

dc.creator CAMPOS, Raíssa Ferraz
dc.date.issued 2020-07-24
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2218
dc.description.abstract In 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.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Próteses transfemurais pt_BR
dc.subject Joelho magneto-reológico pt_BR
dc.subject Controle preditivo pt_BR
dc.subject Redes neurais recorrentes pt_BR
dc.subject Istm pt_BR
dc.title Desenvolvimento de um sistema de controle aplicado a uma prótese ativa de joelho pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2020-11-13
dc.date.available 2020-11-13T16:52:46Z
dc.date.accessioned 2020-11-13T16:52:46Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/3794541980252292 pt_BR
dc.contributor.advisor1 FERREIRA, Luis Henrique de Carvalho
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/3369026753730781 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 MACHADO, Jeremias Barbosa
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/6847110694951429 pt_BR
dc.description.resumo No 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.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Elétrica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::ELETRÔNICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRÔNICOS pt_BR
dc.relation.references CAMPOS, 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


Arquivos deste item

Este item aparece na(s) seguinte(s) coleção(s)

Mostrar registro simples