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Avanços na Tecnologia de Exoesqueletos para a Parte Superior do Corpo

Explorando os benefícios e o design de exoesqueletos para a parte superior do corpo para suporte de mobilidade.

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Índice

Exoesqueletos para a parte superior do corpo são dispositivos robóticos que ajudam a galera a mover os braços e ombros. Esses equipamentos são super úteis pra quem tem mobilidade limitada, tipo quem tá se recuperando de AVCs ou lesões. A ideia é melhorar a qualidade de vida dos usuários, dando suporte e ajudando a fazer as tarefas do dia a dia.

O que é Compensação Ativa da Gravidade?

Um dos principais desafios ao projetar esses exoesqueletos é lidar com a gravidade. A gravidade pode dificultar pra galera levantar os braços ou segurá-los no lugar, causando cansaço e desconforto. A compensação ativa da gravidade é um método que ajuda a neutralizar esse efeito, facilitando pra quem usa movimentar os braços sem sentir tanto peso.

O Papel dos Sistemas de Controle

Os sistemas de controle são super importantes nos exoesqueletos. Eles gerenciam como o dispositivo reage aos movimentos do usuário. Nesse caso, usa-se um tipo especial de sistema de controle chamado Controlador Feedforward. Diferente dos métodos tradicionais que reagem às mudanças depois que elas acontecem, um controlador feedforward antecipa os movimentos e ajusta conforme necessário, proporcionando uma experiência mais suave pro usuário.

Vantagens de Usar um Controlador Feedforward

Controladores feedforward têm várias vantagens sobre os sistemas de feedback tradicionais. Eles simplificam o design por não precisarem de sensores adicionais pra medir torque. Essa redução de hardware deixa o dispositivo mais leve e fácil de usar. Além disso, como o controlador feedforward calcula os ajustes necessários antes, a resposta é mais rápida e eficiente.

Projetando o Exoesqueleto

Um exoesqueleto leve foi projetado, com várias juntas que imitam o movimento natural do braço humano. Esse design permite uma maior liberdade de movimento em diferentes direções. O exoesqueleto tem quatro juntas, permitindo que ele acomode diversas atividades e posições.

Testando o Exoesqueleto

Pra garantir que o exoesqueleto funcione direitinho, ele passou por muitos testes. Foram feitas simulações e testes no mundo real pra avaliar o desempenho. O sistema conseguiu manter as posições sem desviar, mesmo quando forças externas como a gravidade eram aplicadas. Isso mostra que o design e o sistema de controle são eficazes em fornecer o suporte necessário.

Aplicações da Tecnologia de Exoesqueletos

Os exoesqueletos têm uma ampla gama de aplicações. Eles podem ajudar trabalhadores a levantar objetos pesados, reduzindo esforço e prevenindo lesões. Pra quem tem limitações de mobilidade, esses dispositivos oferecem a chance de recuperar um pouco da independência, ajudando na reabilitação e melhorando a mobilidade geral.

Desafios no Desenvolvimento

Desenvolver um exoesqueleto eficaz vem com seus desafios. Uma das principais dificuldades é lidar com as forças causadas pela gravidade. Essas forças podem variar bastante dependendo de como o usuário move os braços. A complexidade aumenta porque cada movimento envolve ângulos diferentes, sendo essencial calcular os ajustes necessários com precisão.

Direções Futuras

Seguindo em frente, a meta é melhorar ainda mais a tecnologia dos exoesqueletos. Futuros designs podem ter motores mais fortes pra suportar melhor o peso tanto do dispositivo quanto dos braços do usuário. Isso permitirá uma compensação de gravidade ainda maior, conhecida como Zero-G, onde tanto o peso do dispositivo quanto o peso do membro do usuário são neutralizados.

Outra novidade empolgante pode envolver a integração de sensores externos que ajudam a controlar o exoesqueleto. Esses sensores poderiam ler sinais do corpo do usuário, oferecendo um sistema de controle mais intuitivo que reage às intenções do usuário.

Conclusão

Resumindo, os exoesqueletos para a parte superior do corpo representam um avanço significativo na tecnologia assistiva. Eles oferecem suporte essencial pra pessoas com desafios de mobilidade, permitindo que realizem tarefas que seriam difíceis ou impossíveis. Com a pesquisa e desenvolvimento contínuos, esses dispositivos vão continuar melhorando, aumentando sua eficácia e tornando-se ainda mais benéficos pros usuários.

Fonte original

Título: Advancements in Upper Body Exoskeleton: Implementing Active Gravity Compensation with a Feedforward Controller

Resumo: In this study, we present a feedforward control system designed for active gravity compensation on an upper body exoskeleton. The system utilizes only positional data from internal motor sensors to calculate torque, employing analytical control equations based on Newton-Euler Inverse Dynamics. Compared to feedback control systems, the feedforward approach offers several advantages. It eliminates the need for external torque sensors, resulting in reduced hardware complexity and weight. Moreover, the feedforward control exhibits a more proactive response, leading to enhanced performance. The exoskeleton used in the experiments is lightweight and comprises 4 Degrees of Freedom, closely mimicking human upper body kinematics and three-dimensional range of motion. We conducted tests on both hardware and simulations of the exoskeleton, demonstrating stable performance. The system maintained its position over an extended period, exhibiting minimal friction and avoiding undesired slewing.

Autores: Muhammad Ayaz Hussain, Ioannis Iossifidis

Última atualização: 2023-09-09 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2309.04698

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2309.04698

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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