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 |