Dissertação

{pt_PT=Development and Analysis of a Passive Ankle Exoskeleton for Reduction of Metabolic Costs in Gait} {} EVALUATED

{pt=A locomoção resulta da combinação dos sistemas nervoso, muscular e esquelético, e permite que o ser humano caminhe eficientemente nas mais diversas atividades quotidianas. Nas áreas da defesa ou indústria tem vindo a tornar-se claro um aumento do interesse no desenvolvimento de exoesqueletos para aumentar as capacidades humanas. O principal objetivo desta dissertação é a concepção e desenvolvimento de um exoesqueleto passivo para reduzir o custo metabólico durante a caminhada. A solução foi desenvolvida com base num conceito já existente, e incide em questões específicas como a mobilidade do tornozelo, possibilidade de customização da estrutura e a não alteração da ergonomia do calçado. Para avaliar a solução desenvolvida, foi realizado um estudo no Laboratório de Biomecânica de Lisboa (LBL), utilizando um sistema de espirometria e uma passadeira de utilização médica. Para este estudo foram selecionados 14 sujeitos pertencentes ao Exército Português. Foi realizada uma análise quantitativa a 7 sujeitos com o objetivo de medir os custos metabólicos durante a caminhada, com e sem o exoesqueleto. A análise qualitativa foi realizada para todos os 14 sujeitos, e visou a mobilidade do tornozelo, o conforto e a percepção geral da funcionalidade dos sistemas. Os resultados mostram uma redução dos custos metabólicos durante a caminhada em 4 dos 7 indivíduos. Os resultados obtidos sugerem que a personalização e ajuste da estrutura, elementos de força e sistema de controlo desempenham um papel fundamental na eficiência da solução desenvolvida., en=Locomotion results from the combination of the nervous, muscular and skeletal systems, allowing humans to walk efficiently in the most diverse daily activities. A growing interest in enhancing human capacities using exoskeletons is clear, specifically in areas like defence or industry. The main goal of this dissertation is the design and development of a passive exoskeleton to reduce metabolic costs during walking. The solution was developed based on an existing concept, addressing specific issues like the mobility of the ankle, maintaining the ergonomics of its users’ shoe and the possibility of customization of the structure. To evaluate the developed solution, a study was performed in the Lisbon Biomechanics Laboratory (LBL), using a spirometry monitoring system and a medical purpose treadmill. 14 subjects, belonging to the Portuguese Army were selected for this study. A quantitative analysis was conducted to 7 subjects, aiming to measure the metabolic costs during walking, with and without the exoskeleton, thought the evaluation of oxygen consumption. A qualitative analysis was also performed to all 14 subjects, targeting the mobility of the ankle, comfort and overall perception of the systems functionality. Results show a reduction of the metabolic costs during walking in 4 of the 7 subjects. The average results suggests that the customization and tuning of the structure, force element and control system play a key role in the efficiency of the developed solution, which materializes the future work focus of this dissertation.}
{pt=Exoesqueleto passivo, Tornozelo, Custo metabólico, Marcha, Espirometria, en=Passive exoskeleton, Ankle, Metabolic cost, Gait, Spirometry}

Novembro 28, 2018, 14:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Luís Filipe Pratas Quinto

Academia Militar

Especialista