Desenvolvimento de sensor de força em fibra óptica polimérica para medição de interação humano-robô em marcha assistida por andador

dc.contributor.advisor1Diaz, Camilo Arturo Rodriguez
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000196575076
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2410092083336272
dc.contributor.authorReich, Marcos
dc.contributor.referee1Garcia, Carlos Andres Cifuentes
dc.contributor.referee2Mello, Ricardo Carminati de
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:27Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:27Z
dc.date.issued2023-07-19
dc.description.abstractThis Master Thesis presents a force sensor based on polymer optical fiber (POF) for human-robot interaction in robotic walkers. In the context of the rapid aging of the world’s population, physiological changes arise that affect mobility and increase the risk of falls, resulting in significant costs for the healthcare system. Additionally, there is a growing prevalence of pathologies that lead to motor and cognitive impairments, such as cerebral trauma, cerebral palsy and stroke. Smart walkers emerge as a promising solution to enhance the mobility and quality of life for these individuals. Among the essential components of these devices, force sensors play a crucial role. While traditional sensors utilize conventional technologies such as strain gauges, this work proposes an approach based on POF sensors. These sensors offer significant advantages, such as immunity to electromagnetic interference, compact size, and ease of handling. The aim of this work is to develop an alternative, low-cost force sensor based on POF with the potential for implementation in smart walkers. The proposed sensor utilizes monitoring of optical power variations in transmission mode to estimate force components during interaction. This approach has the potential to improve the accessibility of rehabilitation devices, contributing to a better quality of life for all individuals requiring assistance in this area. The dissemination of affordable and efficient assistive technologies is crucial to promoting the autonomy of these individuals. Based on the results obtained in this study, the POF force sensor proved comparable to the reference system, with a root mean square error (RMSE) of 0.4914 KgF, in addition to being cost-effective and simple to manufacture. Future research opportunities encompass the exploration of viscoelasticity compensation and its comparison with alternative approaches. Conducting tests involving participants performing diverse tasks while utilizing the force-sensor-equipped walker is advised. The extension of sensor techniques to encompass additional measurement axes stands as a viable prospect. In conjunction with the tests, a pivotal aspect involves assessing the clinical and commercial feasibility of the developed solutions, taking into account aspects of usability, durability, and user acceptance.
dc.description.resumoEste trabalho apresenta um sensor de força baseado em fibra óptica polimérica (POF) para interação humano-robô em andadores robóticos. No contexto do rápido envelhecimento da população mundial, surgem alterações fisiológicas que afetam a mobilidade e aumentam o risco de quedas, acarretando custos significativos para o sistema de saúde. Além disso, observa-se um aumento crescente de patologias que resultam em deficiências motoras e cognitivas, como traumas cerebrais, paralisia cerebral e acidente vascular cerebral (AVC). Os andadores inteligentes surgem como uma solução promissora para aprimorar a mobilidade e a qualidade de vida dessas pessoas. Dentre os componentes essenciais desses dispositivos, os sensores de força desempenham um papel crucial. Enquanto os sensores tradicionais utilizam tecnologias convencionais, como strain gauges, este trabalho propõe uma abordagem baseada em sensores POF. Esses sensores apresentam vantagens significativas, como imunidade à interferência eletromagnética, tamanho compacto e facilidade de manuseio. A proposta deste trabalho é desenvolver um sensor de força alternativo, de baixo custo, baseado em POF, com potencial para implementação em andadores inteligentes. O sensor proposto utiliza a monitoração das variações de potência óptica no modo de transmissão para estimar as componentes de força durante a interação. Essa abordagem tem o potencial de aprimorar a acessibilidade dos dispositivos de reabilitação, contribuindo para uma melhor qualidade de vida de todas as pessoas que necessitam de assistência nessa área. A disseminação de tecnologias assistivas acessíveis e eficientes é fundamental para promover a autonomia desses indivíduos. Com base nos resultados obtidos neste trabalho, o sensor de força POF mostrou-se comparável ao sistema de referência, apresentando um erro quadrático médio (RMSE) de 0.4914 KgF, além de apresentar baixo custo e simplicidade na fabricação. Oportunidades de pesquisa futura incluem explorar a compensação da viscoelasticidade e compará-la com outras abordagens. Testes com participantes realizando diversas tarefas, usando o andador com sensores de força, são recomendados. A expansão das técnicas de sensor para incluir mais eixos de medição é uma possibilidade. Além dos testes, é importante avaliar a viabilidade clínica e comercial das soluções, considerando usabilidade, durabilidade e aceitação pelos usuários.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/12566
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.subjectSmart walkers
dc.subjectFibra óptica polimérica
dc.subjectSensor de força
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titleDesenvolvimento de sensor de força em fibra óptica polimérica para medição de interação humano-robô em marcha assistida por andador
dc.typemasterThesis

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