Publicação
Controlo de locomoção bípede através de um controlador CPG bioinspirado
| Resumo: | Ao longo dos últimos anos verifica-se um aumento constante do número de pessoas com dificuldades de locomoção provocadas por diversas causas, como o envelhecimento, derrames cerebrais, doenças neurológicas, entre outras. Existem dispositivos, como é o exemplo das ortóteses e dos exoesqueletos, que atuam no auxílio a estas pessoas, quer prestando assistência ao seu movimento, quer tendo um papel fundamental na sua terapia, tirando proveito do conceito de aprendizagem hebbiana, segundo o qual um treino intensivo de um determinado padrão de movimentos contribui para a estimulação e reorganização das redes neuronais na espinal medula, o gerador central de padrão, ou CPG (Central Pattern Generator). Há a necessidade de ser aplicado a estes dispositivos um princípio de controlo o mais próximo possível da locomoção humana, de forma a cumprirem seu propósito com a máxima eficiência. Os modelos bípedes têm fornecido, nas últimas décadas, um grande contributo, quer no entendimento dos princípios neuronais que estão na base da locomoção humana, quer no desenvolvimento de controladores que produzam padrões de marcha bípede cada vez mais próximos desta. Posto isto, nesta dissertação de mestrado é estudado um modelo bípede controlado por impedâncias, cujas posições de equilíbrio são definidas por um CPG, utilizando osciladores de frequência adaptativa de Hopfield, ou Hopf AFO (Adaptive Frequency Oscillators). A este controlador, e ao modelo bípede, foram colmatadas algumas das limitações encontradas, procedendo-se a um aumento da versatilidade e melhoria da arquitetura. Será também estudada a aplicabilidade deste tipo de controladores na reabilitação. Desenvolveu-se uma interface gráfica do utilizador, ou GUI (Graphical User Interface) que facilita o estudo e análise da locomoção do modelo bípede. Pretende-se que este trabalho forneça uma relevante contribuição para o desenvolvimento de modelos bípedes que, aliados a controladores bioinspirados, permitam um melhor entendimento dos princípios de funcionamento da marcha humana e contribuam para o desenvolvimento da robótica aplicada à assistência ou reabilitação. |
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| Autores principais: | Cunha, Tomás André Gomes da |
| Assunto: | Modelo de locomoção bípede Controlo por impedância Gerador central de padrão (CPG) Interface gráfica do utilizador (GUI) Osciladores adaptativos de frequência de hopfield (HOPF AFO) Biped locomotion model Impedance controller Central pattern generator (CPG) Graphical user interface (GUI) Hopfield's adaptive frequency oscillators (HOPF AFO) |
| Ano: | 2018 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Ao longo dos últimos anos verifica-se um aumento constante do número de pessoas com dificuldades de locomoção provocadas por diversas causas, como o envelhecimento, derrames cerebrais, doenças neurológicas, entre outras. Existem dispositivos, como é o exemplo das ortóteses e dos exoesqueletos, que atuam no auxílio a estas pessoas, quer prestando assistência ao seu movimento, quer tendo um papel fundamental na sua terapia, tirando proveito do conceito de aprendizagem hebbiana, segundo o qual um treino intensivo de um determinado padrão de movimentos contribui para a estimulação e reorganização das redes neuronais na espinal medula, o gerador central de padrão, ou CPG (Central Pattern Generator). Há a necessidade de ser aplicado a estes dispositivos um princípio de controlo o mais próximo possível da locomoção humana, de forma a cumprirem seu propósito com a máxima eficiência. Os modelos bípedes têm fornecido, nas últimas décadas, um grande contributo, quer no entendimento dos princípios neuronais que estão na base da locomoção humana, quer no desenvolvimento de controladores que produzam padrões de marcha bípede cada vez mais próximos desta. Posto isto, nesta dissertação de mestrado é estudado um modelo bípede controlado por impedâncias, cujas posições de equilíbrio são definidas por um CPG, utilizando osciladores de frequência adaptativa de Hopfield, ou Hopf AFO (Adaptive Frequency Oscillators). A este controlador, e ao modelo bípede, foram colmatadas algumas das limitações encontradas, procedendo-se a um aumento da versatilidade e melhoria da arquitetura. Será também estudada a aplicabilidade deste tipo de controladores na reabilitação. Desenvolveu-se uma interface gráfica do utilizador, ou GUI (Graphical User Interface) que facilita o estudo e análise da locomoção do modelo bípede. Pretende-se que este trabalho forneça uma relevante contribuição para o desenvolvimento de modelos bípedes que, aliados a controladores bioinspirados, permitam um melhor entendimento dos princípios de funcionamento da marcha humana e contribuam para o desenvolvimento da robótica aplicada à assistência ou reabilitação. |
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