Dissertação

Development of a Control Architecture for a Musculoskeletal Model of the Human Ankle Joint Using Multibody Dynamics and Hill-Type Muscle Actuators EVALUATED

A estimulação eléctrica funcional (FES) surge como a tecnologia ideal para restabelecer a função muscular perdida no caso de paraplegia/hemiplegia. Na generalidade dos equipamentos FES destinados ao membro inferior, a estimulação está pré-definida, não existindo acção de controlo correctivo. Foi desenvolvida uma ferramenta de simulação computacional que permite o controlo, em anef fechado, do movimento articular humano.Este controlo realiza-se através de electroestimulacäo de um conjunto de músculos cuja resposta fisiológica é assegurada por um modelo constitutivo do tipo Hill. O sistema foi particularizado para o modelo biomecânico da perna e do pé, tendo sindo incluidos os 12 músculos que intervêm nos movimentos da articulação estudada, dos quais: Tibialis Anterior, Soleus, Gastrocnemius Medial e o Lateral tiveram as suas activações reguladas. O sistema foi implementado de forma discreta, de modo a simular o comportamento físico, usando controladores PID adaptados. Nos testes realizados, o sistema provou ser eficaz ao seguir a referência. Usando unicamente os dados cinemáticos de um ensaio de marcha, a referência seguida apenas com uma pequena diferença de fase. A introdução das forças de reacção, meio de aproximar a simulação da realidade,tornou o modelo mais complexo. Verificou-se que o sistema unicamente em anel fechado não conseguiu guiar o modelo. Para ultrapassar este problema, foram incluidas activações musculares, através de um sistema em anel aberto, corrigindo com sucesso os desvios resultantes da aplicação das forcas exteriores. No final, foram sugeridos melhoramentos, de forma a transformar o sistema de simulação numa ferramenta mais robusta e fidedigna da fisiologia do movimento humano.
FES, Controlo, Controlador PID, Sistemas Multicorpo, Modelo Muscular de Hill

Dezembro 4, 2009, 11:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

CO-ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar