Publicação
Biomechanical analysis of slip-like perturbations for target specifications definition towards a fall preventing wearable device
| Resumo: | De acordo com a OMS, um total de 684 000 quedas fatais ocorrem todos os anos, fazendo deste evento a segunda causa mais frequente de morte, por lesão. De entre as possíveis causas de uma queda, as quedas por escorregamento evidenciam-se. De forma a limitar a sua incidência, surge a necessidade do desenvolvimento de soluções tecnológicas orientadas especificamente para esta problemática. Estas devem ser capazes de prever, detetar e responder a uma situação iminente de queda. A presente dissertação procurou identificar as especificações alvo para o desenvolvimento de um dispositivo robótico wearable através da análise de dados experimentais, onde os indivíduos foram induzidos a escorregar, em laboratório. A análise dos dados recolhidos permitiu uma compreensão da globalidade da resposta biomecânica humana da perna perturbada bem como da perna não perturbada. Neste estudo foram consideradas diversas variáveis externas nomeadamente a velocidade da marcha, o pé (esquerdo ou direito) que foi perturbado, a inclinação da superfície e a intensidade da perturbação. Variáveis cinemáticas, cinéticas, espaço temporais e EMG foram analisadas de forma a proceder-se a uma investigação completa da resposta biomecânica. A partir desta análise foram definidos torques, RoM, rpm e tempos de atuação e deteção para o dispositivo a desenvolver. A resposta biomecânica da anca, joelho e tornozelos da perna perturbada foi caracterizada, respetivamente, por momentos extensores, fletores e de flexão plantar. Por sua vez, a resposta biomecânica da perna não perturbada foi caracterizada por flexão da anca, extensão do joelho e flexão plantar do tornozelo. Estas respostas foram influenciadas pela velocidade da marcha, inclinação da superfície e intensidade da perturbação. As especificações alvo determinadas relativas ao RoM foram de 85.90°, 106.34°, e 95.23°, respetivamente, para a anca, joelho e tornozelo. Relativamente aos rpm, foram definidas as gamas de [17.85 - 51.10] para a anca, [21.73 - 63.80] para o joelho e [17.52 - 57.14] para o tornozelo. Por fim, os valores de torque definidos foram de [-3.05 a 3.22], [-1.70 a 2.34] e [-2.21 a 0.90] em Nm/kg, respetivamente para as articulações da anca, joelho e tornozelo. |
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| Autores principais: | Nunes, João Tiago Ferreira de Campos |
| Assunto: | Prevenção de quedas Resposta biomecânica Dispositivos robóticos wearable Perturbações por escorregamento Especificações alvo Fall prevention Biomechanical response Wearable robotic device Slip-like perturbations Target specifications |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | De acordo com a OMS, um total de 684 000 quedas fatais ocorrem todos os anos, fazendo deste evento a segunda causa mais frequente de morte, por lesão. De entre as possíveis causas de uma queda, as quedas por escorregamento evidenciam-se. De forma a limitar a sua incidência, surge a necessidade do desenvolvimento de soluções tecnológicas orientadas especificamente para esta problemática. Estas devem ser capazes de prever, detetar e responder a uma situação iminente de queda. A presente dissertação procurou identificar as especificações alvo para o desenvolvimento de um dispositivo robótico wearable através da análise de dados experimentais, onde os indivíduos foram induzidos a escorregar, em laboratório. A análise dos dados recolhidos permitiu uma compreensão da globalidade da resposta biomecânica humana da perna perturbada bem como da perna não perturbada. Neste estudo foram consideradas diversas variáveis externas nomeadamente a velocidade da marcha, o pé (esquerdo ou direito) que foi perturbado, a inclinação da superfície e a intensidade da perturbação. Variáveis cinemáticas, cinéticas, espaço temporais e EMG foram analisadas de forma a proceder-se a uma investigação completa da resposta biomecânica. A partir desta análise foram definidos torques, RoM, rpm e tempos de atuação e deteção para o dispositivo a desenvolver. A resposta biomecânica da anca, joelho e tornozelos da perna perturbada foi caracterizada, respetivamente, por momentos extensores, fletores e de flexão plantar. Por sua vez, a resposta biomecânica da perna não perturbada foi caracterizada por flexão da anca, extensão do joelho e flexão plantar do tornozelo. Estas respostas foram influenciadas pela velocidade da marcha, inclinação da superfície e intensidade da perturbação. As especificações alvo determinadas relativas ao RoM foram de 85.90°, 106.34°, e 95.23°, respetivamente, para a anca, joelho e tornozelo. Relativamente aos rpm, foram definidas as gamas de [17.85 - 51.10] para a anca, [21.73 - 63.80] para o joelho e [17.52 - 57.14] para o tornozelo. Por fim, os valores de torque definidos foram de [-3.05 a 3.22], [-1.70 a 2.34] e [-2.21 a 0.90] em Nm/kg, respetivamente para as articulações da anca, joelho e tornozelo. |
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