Dissertação
{en_GB=Design, Analysis and Simulation of a Novel Device for Locomotion Support} {} EVALUATED
{pt=O envelhecimento da população, aliado à elevada incidência de doenças cardiovasculares, neurológicas e musculosqueléticas, aumentou o número de pessoas com patologias da marcha. As soluções disponíveis para este problema são ortóteses tornozelo-pé (AFO) passivas, apresentando limitações visto não haver fornecimento de energia, como acontece com as AFO activas, restringindo apenas o movimento do pé. O objectivo deste trabalho é desenvolver um novo conceito de AFO com dualidade passiva/activa. A solução convencional, composta por dois módulos (superior e inferior) ligados por juntas na zona lateral da perna, é substituída por um mecanismo de quatro barras modificado com um sistema de duas calhas. O dispositivo tem duas particularidades, é uma solução modular pronta-a-usar, facilmente ajustável a qualquer doente, e tem um mecanismo exterior adaptável a diferentes problemas de marcha. Desenvolveu-se, in silico, um modelo CAD da ortótese que segue as normas de projecto mecânico para a escolha das tolerâncias de ajustamento e dos elementos de máquina necessários à sua montagem. Fez-se a simulação do movimento para validação do modelo e para garantir o constrangimento do sistema com um grau de liberdade (flexão plantar e dorsiflexão) e a preservação do eixo de rotação biológico do pé. Os resultados da simulação permitiram a caracterização de uma passada não-patológica. O controlo do dispositivo é feito por um actuador ou por elementos mecânicos como molas ou elásticos. São apresentadas as relações entre o movimento das barras e o binário do motor/momento do tornozelo, permitindo a caracterização das necessidades do actuador (velocidade, potência e torque)., en=The number of people with drop foot gait is rising due to the increasing number of cardiac diseases, demographic ageing and neurological and musculoskeletal disorders. Current solutions for this problem are passive ankle-foot orthoses (AFO) that present limitations as they do not add energy to the system, like active devices, restraining only foot motion. This work aims the development of a novel AFO concept with passive/active duality. The conventional configuration, composed by a superior and inferior modules, connected through two lateral joints, is replaced by a new mechanism based on a modified four bar linkage with a two-rail system. The device has two particular features, a modular solution “off-the-shelf”, easy to adjust to any patient, and an exterior mechanism able to assist different gait impairments. An in silico CAD model of the orthosis is developed following mechanical design standards to establish dimensional and geometrical tolerances and the machine elements to assemble the device. Motion simulation is performed to validate the model and ensure that the device constrains the foot to one degree of freedom, which represents the dorsiflexion/plantar flexion, and the preservation of the biological foot axis. Results of the simulation allow the successful characterization of one stride and its correlation with normal gait pattern. The device can be controlled by an actuator or simple mechanical elements, such as elastic bands and springs. Relations between bars motions and motor torque/ankle moment are presented, enabling the characterization of actuator’s torque needs (velocity, power and engine torque). }
novembro 30, 2015, 17:0
Publicação
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Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar