Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Samuel de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19491
Resumo: This research paper presents the study and development of an ankle prosthesis prototype using shape memory alloy actuators. The actuators, mounted as series linear actuators, made it possible to change torque characteristics over the ankle to complement the walking movement. With its action, the mechanical springs in the prototype store energy during the second phase of walking support, returning the energy in the third phase, boosting the amputee. For the design of the structure, anthropometric dimensions were used from measurements made on a human skeleton normalized to an average size of a Brazilian human foot. Dynamic and kinematic calculations of the prototype were developed to dimension the prosthesis structure, stainless steel mechanical springs and shape memory alloy springs (actuators). The prototype was made of ABS plastic by rapid prototyping with some parts made of stainless steel. Since the ankle torque pattern has its values normalized in the literature, it was possible to calculate the ankle torque with the proposed structure, perform experimental tests and compare the obtained values. The experimental results were promising to obtain the characteristic torque and the prototype capacity to store and return energy during walking. As a scientific contribution, the prosthesis walking graph was compared with the human pattern and with some results from other authors.
id UFPB_ddf6e1f0d333da62eeb1d079f4ae77d6
oai_identifier_str oai:repositorio.ufpb.br:123456789/19491
network_acronym_str UFPB
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
repository_id_str
spelling Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de formaPrótese de tornozeloPrótese de membro inferiorMateriais inteligentesLigas com memória de formaAtuador linear sérieBelow knee prosthesesAnkle-foot prosthesesSmart materialsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThis research paper presents the study and development of an ankle prosthesis prototype using shape memory alloy actuators. The actuators, mounted as series linear actuators, made it possible to change torque characteristics over the ankle to complement the walking movement. With its action, the mechanical springs in the prototype store energy during the second phase of walking support, returning the energy in the third phase, boosting the amputee. For the design of the structure, anthropometric dimensions were used from measurements made on a human skeleton normalized to an average size of a Brazilian human foot. Dynamic and kinematic calculations of the prototype were developed to dimension the prosthesis structure, stainless steel mechanical springs and shape memory alloy springs (actuators). The prototype was made of ABS plastic by rapid prototyping with some parts made of stainless steel. Since the ankle torque pattern has its values normalized in the literature, it was possible to calculate the ankle torque with the proposed structure, perform experimental tests and compare the obtained values. The experimental results were promising to obtain the characteristic torque and the prototype capacity to store and return energy during walking. As a scientific contribution, the prosthesis walking graph was compared with the human pattern and with some results from other authors.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho de pesquisa apresenta o estudo e desenvolvimento de um protótipo de prótese de tornozelo usando atuadores de liga com memória de forma. Os atuadores, montados como atuadores linear série, possibilitaram alterar características de torque sobre o tornozelo para complementação do movimento da caminhada. Com a sua atuação as molas mecânicas existentes no protótipo armazenam energia durante a segunda fase de apoio da caminhada devolvendo a energia na terceira fase impulsionando o amputado. Para o projeto da estrutura foram utilizadas as dimensões antropométricas a partir das medições feitas em um esqueleto humano normalizadas para um tamanho médio de um pé humano brasileiro. Foram desenvolvidos cálculos dinâmicos e cinemáticos do protótipo com o objetivo de dimensionar a estrutura da prótese, as molas mecânicas de aço inoxidável e as molas de liga com memória de forma (atuadores). O protótipo foi fabricado em plástico ABS através da prototipagem rápida com algumas peças fabricadas de aço inoxidável. Uma vez que o padrão de torque sobre o tornozelo tem seus valores normalizados na literatura, foi possível calcular o torque no tornozelo com a estrutura proposta, realizar testes experimentais e comparar os valores obtidos. Os resultados experimentais se mostraram promissores quanto ao fato de se obter o torque característico e a capacidade do protótipo em armazenar e devolver a energia durante a caminhada. Como contribuição científica o gráfico da caminhada da prótese foi comparado com o padrão humano e com alguns resultados de outros autores.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBSouto, Cícero da Rochahttp://lattes.cnpq.br/4099240444291318Oliveira, Samuel de2021-02-21T01:22:19Z2020-06-272021-02-21T01:22:19Z2019-06-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19491porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-08-11T19:34:32Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19491Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-08-11T19:34:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
title Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
spellingShingle Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
Oliveira, Samuel de
Prótese de tornozelo
Prótese de membro inferior
Materiais inteligentes
Ligas com memória de forma
Atuador linear série
Below knee prostheses
Ankle-foot prostheses
Smart materials
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
title_short Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
title_full Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
title_fullStr Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
title_full_unstemmed Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
title_sort Estudo e desenvolvimento de prótese de tornozelo usando atuador com memória de forma
author Oliveira, Samuel de
author_facet Oliveira, Samuel de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Souto, Cícero da Rocha
http://lattes.cnpq.br/4099240444291318
dc.contributor.author.fl_str_mv Oliveira, Samuel de
dc.subject.por.fl_str_mv Prótese de tornozelo
Prótese de membro inferior
Materiais inteligentes
Ligas com memória de forma
Atuador linear série
Below knee prostheses
Ankle-foot prostheses
Smart materials
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
topic Prótese de tornozelo
Prótese de membro inferior
Materiais inteligentes
Ligas com memória de forma
Atuador linear série
Below knee prostheses
Ankle-foot prostheses
Smart materials
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
description This research paper presents the study and development of an ankle prosthesis prototype using shape memory alloy actuators. The actuators, mounted as series linear actuators, made it possible to change torque characteristics over the ankle to complement the walking movement. With its action, the mechanical springs in the prototype store energy during the second phase of walking support, returning the energy in the third phase, boosting the amputee. For the design of the structure, anthropometric dimensions were used from measurements made on a human skeleton normalized to an average size of a Brazilian human foot. Dynamic and kinematic calculations of the prototype were developed to dimension the prosthesis structure, stainless steel mechanical springs and shape memory alloy springs (actuators). The prototype was made of ABS plastic by rapid prototyping with some parts made of stainless steel. Since the ankle torque pattern has its values normalized in the literature, it was possible to calculate the ankle torque with the proposed structure, perform experimental tests and compare the obtained values. The experimental results were promising to obtain the characteristic torque and the prototype capacity to store and return energy during walking. As a scientific contribution, the prosthesis walking graph was compared with the human pattern and with some results from other authors.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-06-27
2020-06-27
2021-02-21T01:22:19Z
2021-02-21T01:22:19Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19491
url https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19491
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UFPB
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UFPB
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
instname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
instacron:UFPB
instname_str Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
instacron_str UFPB
institution UFPB
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
repository.mail.fl_str_mv diretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.br
_version_ 1801842968766709760