Detalhes do Documento

This research paper presents the study and development of an ankle prosthesis prototype using shape memory alloy actuators. The actuators, mounted as series linear actuators, made it possible to change torque characteristics over the ankle to complement the walking movement. With its action, the mechanical springs in the prototype store energy during the second phase of walking support, returning the energy in the third phase, boosting the amputee. For the design of the structure, anthropometric dimensions were used from measurements made on a human skeleton normalized to an average size of a Brazilian human foot. Dynamic and kinematic calculations of the prototype were developed to dimension the prosthesis structure, stainless steel mechanical springs and shape memory alloy springs (actuators). The prototype was made of ABS plastic by rapid prototyping with some parts made of stainless steel. Since the ankle torque pattern has its values normalized in the literature, it was possible to calculate the ankle torque with the proposed structure, perform experimental tests and compare the obtained values. The experimental results were promising to obtain the characteristic torque and the prototype capacity to store and return energy during walking. As a scientific contribution, the prosthesis walking graph was compared with the human pattern and with some results from other authors.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Este trabalho de pesquisa apresenta o estudo e desenvolvimento de um protótipo de prótese de tornozelo usando atuadores de liga com memória de forma. Os atuadores, montados como atuadores linear série, possibilitaram alterar características de torque sobre o tornozelo para complementação do movimento da caminhada. Com a sua atuação as molas mecânicas existentes no protótipo armazenam energia durante a segunda fase de apoio da caminhada devolvendo a energia na terceira fase impulsionando o amputado. Para o projeto da estrutura foram utilizadas as dimensões antropométricas a partir das medições feitas em um esqueleto humano normalizadas para um tamanho médio de um pé humano brasileiro. Foram desenvolvidos cálculos dinâmicos e cinemáticos do protótipo com o objetivo de dimensionar a estrutura da prótese, as molas mecânicas de aço inoxidável e as molas de liga com memória de forma (atuadores). O protótipo foi fabricado em plástico ABS através da prototipagem rápida com algumas peças fabricadas de aço inoxidável. Uma vez que o padrão de torque sobre o tornozelo tem seus valores normalizados na literatura, foi possível calcular o torque no tornozelo com a estrutura proposta, realizar testes experimentais e comparar os valores obtidos. Os resultados experimentais se mostraram promissores quanto ao fato de se obter o torque característico e a capacidade do protótipo em armazenar e devolver a energia durante a caminhada. Como contribuição científica o gráfico da caminhada da prótese foi comparado com o padrão humano e com alguns resultados de outros autores.