Mechanical design of a lower limb exoskeletonfor rehabilitation of paraplegic patients

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Marafa, Nasiru Adamu
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Membros inferiores
Projeto mecânico
Exoesqueleto mecânico
Paraplégicos - reabilitação
Link de acesso: https://repositorio.unb.br/handle/10482/43325
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.
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spelling Mechanical design of a lower limb exoskeletonfor rehabilitation of paraplegic patientsMembros inferioresProjeto mecânicoExoesqueleto mecânicoParaplégicos - reabilitaçãoDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.Os exoesqueletos de membros inferiores são robôs vestíveis para membros inferiores, vestidos por operadores humanos para diversas aplicações, tais como: aumento de força, reabilitação, assistência terapêutica, entre outras. Este trabalho apresenta o projeto mecânico de um exoesqueleto de membros inferiores para reabilitação de pacientes paraplégicos. O projeto mecânico proposto pode suportar um usuário de até 1,78 m de altura e 100 kg de peso respectivamente. A estrutura final consiste em cinco graus de liberdade (5DOF) por perna (2 no quadril, 1 no joelho e 2 no tornozelo). Todos os 5DOF são feitos de juntas rotativas, duas juntas ativas (1 no quadril e1 no joelho) e três juntas passivas (1 no quadril e 2 no tornozelo). Considerando que os usuários têm movimentos nas mãos, o uso de muletas ou andadores é necessário. Um conjunto de quatro estados de operações para o projeto final também é proposto (sentar-se, levantar-se, caminhar, parar).O trabalho começa com uma revisão sistemática da literatura e uma análise bibliométrica, na qual os documentos com maior relevância para o tema foram analisados e escolhidos como base para o projeto. Para selecionar componentes adequados para o produto final, foram feitas análises dos cinco componentes de um sistema biomecatrônico de exoesqueletos de membros inferiores, incluindo: mecanismos, atuadores, sensores, controle e interação homem-robô, de vários projetos. Os requisitos do projeto mecânico e a seleção do material para o projeto também foram estabelecidos considerando as propriedades antropométricas do corpo humano da população brasileira, tais como: altura média, peso, velocidade entre outras. Restrições nas juntas e torques de marcha para reabilitação também foram definidos. As condições críticas do exoesqueleto, estáticas e dinâmicas foram modeladas e resolvidas analiticamente para critérios de falha estática erigidez. Usando um software de projeto auxiliado por computador (CAD), o projeto da estrutura mecânica do exoesqueleto robótico foi subdividido em cinco partes principais, que são: suporte para as costas, atuação, elos, articulações do tornozelo e montagem do protótipo. Os resultados foram discutidos e validados. Finalmente, conclusões do projeto foram feitas e alguns trabalhos futuros foram identificados. Um dos focos principais deste projeto é uma solução de baixo custo do produto final.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Lower limb exoskeletons are wearable robots for lower limbs, won by human operators forvarious applications, such as: force augmentation, rehabilitation, therapeuticassistance, amongothers. This work presents a mechanical design of a lower limb exoskeleton for rehabilitation ofparaplegic patients. The proposed mechanical design can support a user up to 1.78m in heightand 100kg in weight respectively. The final structure consists of five degrees of freedom (5DOF)per leg (2 at the hip, 1 at the knee and 2 at an ankle). All the 5DOF are made of revolute joints,two active joints (1 at the hip and 1 at the knee) and three passives joints (1 at the hip and 2at an ankle). As users are considered to have movements in their hands, the use of crutches orwalkers is required. The set of operational states for the final design are also proposed to be four(Sit-down, Stand-up, Walk, Stop).The work starts with a systematic literature review and a bibliometric analysis, in which, documents with the highest relevance to the topic were analyzed and chosen as the basis for thedesign. To select adequate components for the final product, analyses of the five components ofa biomechatronic system of lower limb exoskeletons including: mechanisms, actuators, sensors,control and human-robot interaction, from various projects were made. Mechanical project’srequirements and material selection for the design were also established considering anthropometric properties of human body of the Brazilian population such as: average height, weight, speedamong others. Joints restrictions and rehabilitation gait torques were also defined. The exoskeleton’s critical static and dynamic conditions were modeled and solved analytically for staticfailure and stiffness criteria. Using a computer aided design software (CAD), the design of themechanical structure of the robotic exoskeleton was subdivided in to five main parts, which are:back support, actuation, links, ankle articulations and prototype assembly designs. Results werediscussed and validated. Finally, project conclusions were made and some future works wereidentified. One of the principal focuses of this project is the low cost solution ofthe final product.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Sistemas MecatrônicosLlanos Quintero, Carlos Humbertomarafanasir@ymail.comMarafa, Nasiru Adamu2022-04-04T21:14:12Z2022-04-04T21:14:12Z2022-04-042021-10-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMARAFA, Nasiru Adamu. Mechanical design of a lower limb exoskeletonfor rehabilitation of paraplegic patients. 2021. 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/43325engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-03-19T15:54:21Zoai:repositorio.unb.br:10482/43325Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-03-19T15:54:21Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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