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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.82.2013.tde-07102013-155234
Documento
Autor
Nome completo
Fausto Orsi Medola
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2013
Orientador
Banca examinadora
Fortulan, Carlos Alberto (Presidente)
Fernandes, Luciane Fernanda Rodrigues Martinho
Purquerio, Benedito de Moraes
Santana, Carla da Silva
Silveira, Zilda de Castro
Título em português
Projeto conceitual e protótipo de uma cadeira de rodas servo-assistida
Palavras-chave em português
Cadeira de rodas
Engenharia humana
Inovação tecnológica
Mobilidade
Propulsão
Reabilitação
Resumo em português
Este trabalho propõe um novo conceito de cadeira de rodas manual ergonômica com assistência motorizada servo controlada. A mobilidade em cadeira propulsionada manualmente é uma das formas mais utilizadas de locomoção entre pessoas com deficiências, porém expõe o usuário ao risco de lesão nos membros superiores e não propicia independência em todas as situações de locomoção diária. A primeira alternativa tecnológica aplicada pelo homem foi a motorização. No entanto, o uso desta não implica em melhora da mobilidade, pois leva o usuário ao sedentarismo. Neste sentido, fazendo a integração do histórico, ergonomia, biomecânica e engenharia mecatrônica, este projeto tem como objetivo o desenvolvimento do projeto conceitual ao protótipo - de uma cadeira de rodas manual com assistência motorizada complementar e proporcional à força propulsora aplicada pelo usuário. O delineamento do projeto envolveu o levantamento das evidências científicas relacionadas aos aspectos da configuração de cadeiras manuais determinantes para a melhoria do desempenho na mobilidade e conforto. A criação do conceito envolveu ainda a realização de estudos complementares dos aspectos mecânicos, ergonômicos e cinemáticos da locomoção em cadeiras manuais. O conceito do protótipo tem seus pilares na: propulsão, através de um servo-motor centralizado que atua nas duas rodas traseiras através de um diferencial mecânico, simplificando o controle da assistência motorizada; no projeto do aro propulsor ortogonal com acoplamento assimétrico com a roda em cambagem, proporcionando melhor acesso das mãos ao aro; projeto do aro propulsor, baseado em aspectos dactilo-anatômicos; projeto e configuração da cadeira, estruturada nas evoluções tecnológicas das cadeiras manuais e adaptada às características antropométricas da população brasileira; assistência motorizada controlada por um sistema de avaliação contínua da inclinação do terreno, forças aplicadas ao aro e o deslocamento angular das rodas medidos por acelerômetro, células de carga e encoder ótico, respectivamente. A efetivação do presente conceito favorece a mobilidade independente do cadeirante, podendo reduzir o custo referente ao uso prolongado de cadeiras manuais: lesão dos membros superiores e incapacidade funcional. Aprimorar a mobilidade de usuários de cadeira de rodas favorece sua independência e participação social, aspectos essenciais para a melhora da qualidade de vida.
Título em inglês
Conceptual project and prototype of a servo-assisted wheelchair
Palavras-chave em inglês
Human engineering
Mobility
Propulsion
Rehabilitation
Technological innovation
Wheelchairs
Resumo em inglês
This study proposes a new concept of ergonomic manual wheelchair with servo-controlled motor assistance. The mobility in manually propelled wheelchairs is one of the most used means of locomotion among people with disabilities, but it exposes the users to the risk of upper limb injuries and does not provide independence in all the situations of daily locomotion. The first solution applied was the use of a electric-powered motors. However, its usage does not lead to an improvement in mobility and imposes the sedentary condition to the users. Thus, by integrating of the equipment history, ergonomics, biomechanics and mechatronics engineering, this project aims to develop - from the conceptual design to the prototype - a manual wheelchair with complementary motorized assistance that is proportional to the pushing force applied by the user. The project design involved the search for scientific evidences related to the aspects of the wheelchair configuration determinants for the improvement on mobility performance and comfort. The concept creation also involved complementary studies of the mechanics, ergonomics and kinematics of manual wheelchair mobility. The fundamentals of the equipment conception are: propulsion by a servo-motor centrally located that operates the rear wheels by differential transmission. thus simplifying the motor assistance control; the design of an orthogonal handrim coupled to the a cambered wheel, that provides better access of the hands to the rim; the dactyl-anatomical design of the handrim; the wheelchair configuration designed based on the technological evolution of the manual wheelchairs and anthropometric features of the Brazilian population; motor assistance controlled by a system with real-time assessment of the ground slope, handrim forces and angular displacement of the wheels measured, respectively, by accelerometer, load cells and optical encoder. This concept favors the independent mobility of the users and may reduce the cost related to the long term use of manual wheelchairs: upper limb injuries and functional impairment. Improving the mobility of wheelchair users favors their independence and social participation, two essential aspects for the improvement in quality of life.
 
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TDE_FaustoMedola.pdf (6.08 Mbytes)
Data de Publicação
2013-10-10
 
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