Análise dinâmica de um exoesqueleto de membros inferiores utilizado no contexto de reabilitação de indivíduos com lesão medular

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.Dentro do contexto da utilização de exoesqueletos para a reabilitação de pacientes com lesão medular há uma diversificação na utilização de atuadores para promover e controlar os movimentos da marcha humana. Para se estudar a utilização de atuadores, elementos passivos e semi-ativos alternativos é necessário o conhecimento dos torques atuantes nas juntas dos membros inferiores para um ciclo da marcha. O objetivo desse trabalho é justamente obter os torques necessários nas articulações dos membros inferiores (quadril, joelho e tornozelo) no âmbito de uma marcha de reabilitação (velocidade 0,3 m/s) e usá-los para a seleção de forma otimizada dos atuadores a serem usados em um exoesqueleto a ser desenvolvido. Visando estudar a influência da aceleração do quadril na dinâmica do sistema, dois modelos dinâmicos foram desenvolvidos. O primeiro considera o quadril um referencial inercial e o segundo considera a sua aceleração durante a marcha, sendo que ambos foram implementados através de rotinas no software MATLAB. Realizou-se a análise da dinâmica direta e inversa de uma marcha sadia apresentada na literatura com a finalidade de validar e estudar as limitações dos modelos propostos e posteriomente aplicou-se dados cinemáticos medidos experimentalmente para o obtenção de padrões de torque na marcha de reabilitação para as articulações dos membros inferiores. Os padrões gerados pelos dois modelos distintos foram comparados e, posteriormente, o mais fiel a realidade foi usado para a seleção otimizada dos atuadores do exoesqueleto desenvolvido.Within the context of exoskeletons for the rehabilitation of patients with spinal cord injury there is a diversification in the use of actuators to promote and control human gait movements. In order to study possible actuator alternatives, it is necessary to know the moments acting on the leg joints for a gait cycle. The aim of this work is precisely to obtain the required moments in the joints of the lower limbs (hip, knee and ankle) in a rehabilitation gait (speed 0.3 m /s) and use them in the optimized selection of the actuators that will be used in an exoskeleton. In order to see how relevant the hip acceleration is for the system dynamics, two different models were developed. The first one considers the hip inertial and the second takes in consideration the hip acceleration during gait and both were implemented through routines in MATLAB software. It was performed the analysis of the direct and inverse dynamics of a healthy gait presented in the literature with the purpose of validating and studying the limitations of the proposed models and it was applied experimentally kinematic data to obtain moment patterns in the rehabilitation gait for the lower limb joints. These patterns were compared and the best one was used in the optimized selection of the actuators for the developed exoskeleton