Proposta de protótipo de exoesqueleto para membros inferiores

Abstract

Cada vez mais empresas e universidades, estão realizando pesquisas e investimentos a benefício de pessoas com mobilidade reduzida, que devido algum tipo de trauma ou doença, tiveram os movimentos da parte inferior do corpo comprometido. Estruturas mecânicas mais conhecidas como exoesqueleto, têm sido desenvolvidas com objetivo de amenizar estes problemas, melhorando assim sua qualidade de vida. Todavia no momento dessas pessoas obterem tal tecnologia, geralmente esbarram em questões como peso, autonomia, durabilidade, e principalmente custos elevados, tornando a aquisição do produto inviável. O presente trabalho busca apresentar o desenvolvimento de uma proposta de protótipo de exoesqueleto para membros inferiores. Por se tratar de um protótipo inicial, e tendo em vista a complexidade do projeto, foi traçado o objetivo do mesmo realizar a simulação dos movimentos de alguns passos, comprovando o funcionamento do protótipo mecânico. A simulação do protótipo foi realizada por intermédio de um cavalete de madeira, que auxiliou no suporte da estrutura mecânica. Para o acionamento das articulações da estrutura mecânica, foram utilizados quatro motores de corrente contínua, sendo dois responsáveis pelas articulações dos joelhos, e outros dois utilizados para a região dos quadris, ambos controlados pela plataforma de hardware e software Arduino. Além disso, o projeto eletrônico também compreendeu o desenvolvimento de uma placa de potência com ponte H, a qual é normalmente utilizada em aplicações que exigem o controle do sentido da corrente em motores acionados nos dois sentidos, a utilização de chaves fim de curso para limitar o movimento da altura das articulações e o desenvolvimento de um joystick com botões, que uma vez pressionados enviam sinais para a placa controladora do Arduino, a qual comanda o protótipo de acordo com a programação que foi parametrizada. A autonomia ou alimentação do sistema é efetuada através de uma bateria de 07 AH, fornecendo a carga necessária para ligar os motores das articulações. Devido aos custos de desenvolvimento, e a capacidade do torque dos motores adquiridos, inicialmente a proposta de protótipo, será em escala menor, todavia suficiente para uma criança ou adolescente utilizá-lo. Como base para a proposta, foi realizado um estudo sobre a biomecânica dos movimentos do corpo humano, durante a fase de projeto. Uma das modificações mais importantes foi à articulação adotada para a região do tornozelo, na tentativa de garantir os movimentos da marcha de maneira mais similar possível.

More and more companies and universities are conducting research and investments to benefit with special needs, due to some kind of trauma or disease, had the movements of the lower body compromised. More mechanical structures known as exoskeletons have been developed with the purpose of alleviating these problems, thereby improving their quality of life. But when these people get such technology, often run into issues such as weight, durability, and especially high costs, making the purchase of the product viable. This study aims to present the development of a prototype exoskeleton for lower limbs. Due this project be a initial prototype and a have a high level of complexity was decided to do walk simulation to prove the operation of the mechanical prototype. To trigger the joints of the mechanical structure were used DC engines where two were used on the hip and the others were used in the knees. All of engines are controlled by Arduino. Furthermore a H bridge was developed to a direction control of the engines a limit switch was used to limit the movement of the engines and a joystick was made to control the prototype according the program uploaded on the Arduino. The power systems is made through a battery of 7AH providing enough power to operate the motors. Due the development costs and the engine capability the proposal is make a slightly smaller prototype. But I has the capacity hold a child. As a basis for the proposal we analyze the biomechanics modification was the creation of ankle joint to we have the human movements more real as possible.