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Title: Geração de trajetórias angulares para articulações de uma órtese ativa usando modelagem de caminhada
Authors: Melo, Nicholas de Bastos
Keywords: Robótica;Tecnológia assistiva;Modelagem de caminhada;Órteses ativas;Análise de componentes principais
Issue Date: 6-Sep-2017
Citation: MELO, Nicholas de Bastos. Geração de trajetórias angulares para articulações de uma órtese ativa usando modelagem de caminhada. 2017. 95f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: Nos últimos anos vem sendo observado um aumento na quantidade de pesquisas que usam órteses ativas para reabilitação ou compensação funcional de pacientes sofrendo algum nível de lesão medular. Apesar dos inúmeros avanços obtidos, ainda existem vários desafios relacionados à redução do consumo energético e à capacidade do dispositivo em sintetizar movimentos antropomórficos. Além disso, estudos apontam que é importante levar em consideração características individuais dos usuários, o que se mostra uma tarefa não trivial. Uma possível abordagem para tais problemas é utilizar modelagem de caminhada para gerar referências de movimentos antropomórficos para o dispositivo. Recentemente alguns estudos apontaram o uso de métodos estatísticos para modelagem de caminada, apresentando uma nova possibilidade para a solução de gerar trajetórias para articulações. Um desses métodos é o método PCA (do inglês Principal Component Analysis). A principal característica do PCA é sua capacidade de separar em componentes diferentes comportamentos encontrados em um conjunto de dados. Quando aplicado em parâmetros de caminhada, é possível organizar tais componentes em características gerais e individuais. Dentro deste contexto, esta tese apresenta um método de geração de trajetórias angulares de articulações a serem executadas por uma órtese ativa de membros inferiores. O método proposto leva em consideração peculiaridades da marcha de cada usuário. O método utiliza PCA para extrair características compartilhadas dentro de um banco de dados, levando em consideração varíaveis diretamente relacionada à marcha humana, como ângulos de articulações e dados do corpo do usuário. As trajetórias angulares de articulações são representadas em função de um número de componentes harmônicas a partir da série de Fourier. A habilidade de geração de marcha do método proposto foi validada a partir de experimentos envolvendo um protótipo de órtese ativa para membros inferiores, onde o rendimento do dispositivo foi medido através do consumo energético dos motores e esforço metabólico exercido pelo usuário.
Abstract: In recent years, an increase has been observed in the number of researches that uses active orthosis for rehabilitation or functional compensation. However, despise the accomplished advances, the challenges related to energy consumption reduction and the ability to generate anthropomorphic movement still persist. Furthermore, recent studies point that is important to take into consideration user-related features, which turn out not to be a trivial task. A possible aproach for these issues is using gait model in order to generate references for anthropomorphic movements. In recent years, some studies have used statistical approaches to model human gait, offering another possible solution that can generate joint trajectory information. One of these approaches is the Principal Component Analysis (PCA). The main PCA characteristic is the ability to split into different components different behavior found in a dataset. When applied to gait features it is possible to organize such components into user-oriented characteristis and general gait information. Inside this context, in the presente work is presented a method able to find useroriented gait trajectories that can be used in powered lower limb orthosis applications. The proposed method uses principal component analysis to extract shared features from a gait dataset, taking into consideration gait-related variables such as joint angle information and the users anthropometric features, used directly in an orthosis application. The trajectories of joint angles used by the model are represented by a given number of harmonics according to their respective Fourier series analyses. This representation allows better performance of the model, whose capability to generate gait information is validated through experiments using a real active orthotic device, analysing both joint motor energy consumption and user metabolic effort.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25224
Appears in Collections:PPGEE - Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação

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