Modelagem e controle por torque computado de músculos pneumáticos artificiais como atuadores em prótese de mão

• Autor(a) principal: Markus, André Tura
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/237426
• topic: Próteses e implantes; Manipuladores robóticos; Músculos pneumáticos artificiais; Simulação computacional; Upper limb prosthesis; Artificial pneumatic muscle; Computed torque control

Próteses elétricas de membro superior atuais podem apresentar boa performance ao reproduzir os movimentos de uma mão humana. Atuadores do tipo Músculo Pneumático Artificial (PAM) oferecem vantagens sobre motores elétricos, como melhor relação de densidade de potência, baixa rigidez de acionamento, comportamento mais semelhante ao de um músculo humano e uso de energia renovável limpa. Em contrapartida, o seu comportamento dinâmico é altamente não linear, sendo tema de diversos trabalhos acadê- micos recentes, enquanto atuadores elétricos são de controle mais simples, bem conhecido e consideravelmente preciso. Este trabalho tem como foco o estudo de viabilidade do uso de atuadores do tipo PAM em substituição aos motores elétricos no acionamento de mecanismos representantes de dedos humanos. Para tanto, foram utilizadas técnicas de modelagem de sistemas robóticos para a representação dos dedos e a Lei do Torque Computado (TC) estendida para atuadores do tipo PAM (TCE) como estratégia de controle de seguimento de trajetória da prótese, e para a avaliação comparativa de resultados, usou-se um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) aplicado ao sistema. Foram realizadas simulações em ambiente computacional para os dedos Polegar e Indicador, e, além dessas simulações, realizou-se experimentos em bancada considerando um mecanismo com 1 grau de liberdade. A partir dos resultados experimentais verificou-se que efeitos, como vazamentos internos inerentes a esses equipamentos, influenciam consideravelmente no desempenho de atuadores do tipo PAM. Além disso, verificou-se que, mesmo na presença destes efeitos, as trajetórias de seguimento de posição podem ser consideradas satisfatórias para a aplicação pretendida. Os resultados obtidos pelos controladores TCE e PID mostraram-se similares, com desempenho levemente superior do controlador TCE, que possui a vantagem adicional de possibilitar controlar de forma simultânea a posição e a força do mecanismo.