Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Buitrago Salazar, Germán Darío, 1991-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723
Resumo: Orientador: João Maurício Rosário
id UNICAMP-30_9b8637b8c0186111ea48951d293b4492
oai_identifier_str oai::1010140
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriaisDesign of different structures for lower limb exoskeletons based on the dynamic study and use of biomaterialsBioengenhariaMecanismo - ProjetoSistemas de controleBioengineeringMechanism - DesignControl systemOrientador: João Maurício RosárioDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os sistemas exoesqueléticos têm sido um dos principais focos de pesquisa na área da bioengenharia, unindo conhecimentos de robótica, mecânica, mecatrônica e medicina, para construir dispositivos que assistam e aumentem as qualidades físicas dos usuários. Neste trabalho foi proposta a análise dinâmica de mecanismos e biomateriais, visando projetar e analisar diferentes estruturas que possam ser utilizadas como exoesqueletos de membro inferior, com o objetivo de escolher os motores para mover a estrutura e sua arquitetura de controle. Neste sentido, foi descrito o modelo de um mecanismo serial, um mecanismo com paralelogramo e sua variação com molas inseridas, chamado de híbrido, desde as perspectivas cinemática e dinâmica, para simular seu comportamento dinâmico quando estes acompanham a trajetória do ciclo de marcha de um usuário. Para cada simulação, foram trocados osmateriais da estrutura, utilizando tanto materiais convencionais na manufatura desses dispositivos exoesqueléticos, quanto biomateriais, estabelecendo-se parâmetros dinâmicos para serem utilizados como base para a escolha do sistema de acionamento. Após o procedimento de seleção, implementou-se uma arquitetura de controle considerando 3 GL, considerando uma malha de controle cinemático a nível de junta e a nível cartesiano, com informações de posição obtidas através do cálculo da matriz jacobiana (2 GL). Foi utilizado o modelo dinâmico do dispositivo em estudo para o projeto do sistema de acionamento e cálculo dos parâmetros dos três controladores PID associado a cada junta, utilizando ainda a forma RST discreta. Os resultados das simulações dos parâmetros dinâmicos permitiram escolher o PLA como matéria-prima na fabricação das estruturas e observar que os menores torques foram gerados nas estruturas com paralelogramo e híbrido. Com estes valores, foram considerados três motores idênticos para cada grau de liberdade, permitindo assim, a simulação da arquitetura completa de controle. A simulação dos sistemas de controle mostrou que estes acompanham o sinal de referência no quadril, no joelho e no tornozelo e a redução dos efeitos de amortecimento da saída, principalmente com a implementação dos controladores na forma RST. Estes resultados confirmam a versatilidade desta metodologia ao projetar mecanismos, e a possibilidade de obter resultados positivos com esses controladores, em relação com os controladores clássicos em aplicações mecatrônicas como os dispositivos exoesqueléticosAbstract: Exoskeleton systems have been one of the major focus in bioengineering researches, combining robotics, mechanics, mechatronics and medicine concepts to make devices that assist and enhance the physical capacities and abilities of users In this work, we proposed the dynamic analyze of mechanisms and biomaterials, aiming to design and analyze different structures that can be used as lower limbs exoskeletons, in order to choose the motors to move the structure and its control architecture. In this regard, we described the models of a serial mechanism, a mechanism with parallelogram and a hybrid mechanism, from the kinematic and dynamic perspectives, to simulate their dynamic comportment when they follow the gait cycle path of a user. For each simulation, the material of structure was switched, using conventional materials in the manufacture of these devices and biomaterials and establishing dynamic parameters to be used as the basis for choosing the motor system. After the selection procedure, a control architecture considering 3 DOF was implemented, considering a kinematic control loop at the joint and cartesian levels and using position information obtained calculating the Jacobian matrix (2 DOF). Dynamic model of the structure studied was used for the design of the drive system and the computing of the parameters of the three PID controllers associated to each joint using the discrete RST form. The results of the simulations of the dynamic parameters allowed to choose PLA as raw material in the fabrication of the structures and to observe that the smallest torques were generated in the structures with parallelogram and hybrid. With these values, three identic motors were considered for each degree of freedom, allowing in this way, to simulate the complete control architecture. The simulation of the control systems showed that they follow the reference signal in the hip, knee and ankle articulations and the reduction of the damping effects of the response of the system, mainly with the implementation of RST controllers. These results confirm the versatility of this methodology for designing mechanisms and the possibility of obtaining positives results with those controllers, in relation to the classical controllers in mechatronic applications such as the exoskeletal devicesMestradoMecatrônicaMestre em Engenharia MecânicaCNPQ134632/2016-8[s.n.]Rosário, João Maurício, 1959-Saramago, Marcos Antonio PortaSouza, Jocarly Patrocinio deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBuitrago Salazar, Germán Darío, 1991-20182018-02-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (129 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723BUITRAGO SALAZAR, Germán Darío. Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais. 2018. 1 recurso online (129 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1010140Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-06-21T11:06:22Zoai::1010140Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2018-06-21T11:06:22Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
Design of different structures for lower limb exoskeletons based on the dynamic study and use of biomaterials
title Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
spellingShingle Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
Buitrago Salazar, Germán Darío, 1991-
Bioengenharia
Mecanismo - Projeto
Sistemas de controle
Bioengineering
Mechanism - Design
Control system
title_short Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
title_full Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
title_fullStr Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
title_full_unstemmed Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
title_sort Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais
author Buitrago Salazar, Germán Darío, 1991-
author_facet Buitrago Salazar, Germán Darío, 1991-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Rosário, João Maurício, 1959-
Saramago, Marcos Antonio Porta
Souza, Jocarly Patrocinio de
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Buitrago Salazar, Germán Darío, 1991-
dc.subject.por.fl_str_mv Bioengenharia
Mecanismo - Projeto
Sistemas de controle
Bioengineering
Mechanism - Design
Control system
topic Bioengenharia
Mecanismo - Projeto
Sistemas de controle
Bioengineering
Mechanism - Design
Control system
description Orientador: João Maurício Rosário
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018
2018-02-27T00:00:00Z
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://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723
BUITRAGO SALAZAR, Germán Darío. Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais. 2018. 1 recurso online (129 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723
identifier_str_mv BUITRAGO SALAZAR, Germán Darío. Concepção de diferentes estruturas para exoesqueletos de membro inferior baseado no estudo dinâmico e utilização de biomateriais. 2018. 1 recurso online (129 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633723. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1010140
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (129 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189124936040448