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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2013.tde-07112013-095345
Documento
Autor
Nome completo
Wilian Miranda dos Santos
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2013
Orientador
Banca examinadora
Siqueira, Adriano Almeida Gonçalves (Presidente)
Cordero, Arturo Forner
Frizera Neto, Anselmo
Título em português
Desenvolvimento de um dispositivo robótico interativo para reabilitação de lesões da articulação do joelho
Palavras-chave em português
Atuador elástico em série
Controle de impedância
Mola torcional
Prótese ativa
Reabilitação robótica
Resumo em português
Robôs de reabilitação como próteses ativas e exoesqueletos necessitam de atuadores capazes de atender certos requisitos como baixa impedância de saída, backdrivability, geração de torques grandes e precisos, e uma estrutura leve e compacta. Este trabalho apresenta o projeto de um Atuador Elástico em Série rotacional (AESr) para ser usado em uma prótese ativa para auxiliar na flexão/extensão da articulação do joelho durante a fisioterapia. O dispositivo é constituído de um motor de corrente contínua, um redutor de velocidade do tipo coroa e rosca sem-fim e uma mola torcional personalizada. Uma vez que o elemento elástico é o componente mais importante no projeto do AESr, um procedimento de análise baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) é utilizado para cumprir os requisitos definidos para a reabilitação do joelho. Com uma massa total de 2,53 Kg, é possível montar diretamente o atuador proposto em uma estrutura de prótese de joelho. Controladores de torque e impedância são implementados para assegurar uma interação segura com o paciente, permitindo que novas estratégias de reabilitação sejam avaliadas. As especificações do projeto bem como o desempenho dos controladores são validados experimentalmente.
Título em inglês
Development of an interactive robotic device for rehabilitation of injuries of the knee
Palavras-chave em inglês
Active orthosis
Impedance control
Rehabilitation robotics
Series elastic actuator
Torsional spring
Resumo em inglês
Wearable robots, like prostheses, active orthosis and exoskeletons need of actuators able to meet certain requirements as low output impedance, backdrivability, precise and large torque generation, and a compact and lightweight design. This work presents the design of a rotary Series Elastic Actuator (rSEA) to be used in an active orthosis to assist in flexion/extension of the knee joint during physical therapy. The device includes a DC motor, a worm gear and a customized torsion spring. Since the elastic element is the most important component in the design of the rSEA, an analysis procedure based on Finite Element Method (FEM) is used in order to meet the requirements for the specific application. With a total weight of 2.53 kg, it is possible to directly mount the actuator on the frame of a knee orthosis. Torque and impedance controllers are implemented to ensure secure interaction with the patient and enable new strategies for rehabilitation. The design specifications as well as the controllers performance are verified by experiments.
 
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Data de Publicação
2013-11-08
 
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