[pt] A robótica já é parte importante da vida cotidiana, em especial na grande ajuda que pode promover para melhorar a qualidade de vida, mostrando-se como uma ótima opção, por exemplo, para a reabilitação física no corpo humano. O presente trabalho apresenta um projeto e um estudo de controle de movimento de uma plataforma robótica - uma bengala - controlada por meio de sensores de força nela localizados, fazendo com que o registro dos movimentos do usuário seja feito de forma não-invasiva. O protótipo se desloca por meio de três rodas omnidirecionais, acionadas por motores elétricos de corrente continua. Estes últimos têm facilidade no controle e são de baixo custo. A bengala é fabricada em alumínio para facilitar o seu transporte devido à baixa densidade desse material, além de apresentar uma boa usinabilidade, facilitando a sua fabricação. O sistema eletrônico consiste de três etapas: (i) circuito de aquisição de ponte de Wheatstone para os extensômetros; (ii) amplificação e filtragem feitas com amplificadores de instrumentação e filtros passa baixa Butterworth; e (iii) processamento e controle, implementado em dois microcontroladores PIC. O controle da bengala é baseado em admitância em paralelo com um controle PI linear, o qual pretende promover ao usuário uma sensação de naturalidade ao caminhar, sem esforços adicionais significativos e com rápida resposta. Em particular, o sistema pretende detectar situações de queda iminente do usuário, cenário não incomum no uso por idosos. / [en] Robotics already is an important part of modern daily routine, with a quite unlimited potential for the improvement of life quality. For instance, robotics can be a very attractive technology for physical rehabilitation of the human body. The present work presents a design proposal and study of the stability control of an omnidirectional robotic walking cane for assistance of motor disabilities. Non-invasive force sensors are used to register the user s motions and to control the robotic cane. Three omnidirectional wheels, each of them driven by a continuous electrical current motor, move the prototype in all planar directions without the need for turning. The chosen electrical motors are characterized by their easy control and low cost. The stick is fabricated in aluminum, a low-density material with good machinability, in order to both facilitate the user in transporting the cane and to ease the manufacturing process. The electronic system is comprised of three stages: (i) a Wheatstone bridge circuit for the acquisition of strain-gage signals for force and torque sensing; (ii) amplification and filtering with instrumentation amplifiers and Butterworth-type low pass filters; and (iii) processing and control, implemented on two PIC microcontrollers. The control of the robotics support is performed both by an admittance-based approach in parallel with a linear PI control. The quick response of this integrated control does not demand extra efforts from the user, thus providing a more natural sensation while walking. In particular, the system intends to detect whether the user is in the imminence of falling over, a likely scenario in eldercare.

[pt] Com o aumento da expectativa, de vida o envelhecimento da população vem se tornando uma realidade cada vez mais presente no Brasil e no mundo. Esse novo panorama demográfico já é vivenciado por países ricos, que vêm cada vez mais investindo para se enquadrar nessa nova realidade, seja por meio da adaptação de suas cidades ou pelo desenvolvimento de novas tecnologias para melhora da qualidade de vida. Na área da robótica, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas com o intuito de reabilitação e melhora da qualidade de vida da população idosa. Nesses trabalhos são desenvolvidos, por exemplo, dispositivos que buscam auxiliar o idoso na realização de suas atividades diárias, provendo, principalmente, suporte e prevenção de quedas. Essa dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento do protótipo de um dispositivo para assistência a locomoção de pessoas idosas que possuam alguma deficiência visual, motora e/ou cognitiva. O dispositivo tem como objetivo guiar o usuário em ambientes urbanos de maneira autônoma. O protótipo deve ser capaz de desviar de qualquer obstáculo que possa levar o idoso à queda, além de ter uma estrutura que ofereça apoio para o seu deslocamento. O dispositivo proposto possui uma estrutura semelhante a um andador, cuja base é um robô móvel diferencial. Para que possa obter informações do ambiente, o dispositivo está equipado com sensores de distância, uma central inercial e encoders nas rodas. Todo o processamento ocorre em uma CPU de baixo custo, Raspberry Pi 1 versão 2, embarcada no próprio dispositivo e o controle de navegação ocorre por meio de um algoritmo baseado em lógica Fuzzy. Os acessos ao hardware e software de controle do dispositivo são gerenciados pelo framework de robótica Player (Gerkey e contribuidores, 2010). Para que o dispositivo receba a rota de navegação ele está conectado a um celular, com sistema operacional Android, via protocolo TCP/IP. Esse celular está executando uma API (Application Programming Interface) do Google Maps que fornece direção e distância ao objetivo a cada passo da interação, além da localização global do dispositivo, por meio do sensor GPS do celular. O objetivo deve ser inicialmente estabelecido pelo usuário por meio da API desenvolvida, para que a navegação autônoma ocorra. Além da navegação autônoma, o dispositivo permite que usuário envie comandos diretamente para os motores por meio de sensores de força instalados próximos aos pontos de apoio do usuário. / [en] With the increase in life expectation, the ageing population has become more present in Brazil and the world. This new demographic scenery has been already framed by rich countries, which are increasingly investing to fit this new reality, either through the adaptation of their cities or the development of new technologies to improve the quality of life. In the area of robotics, several researches have been developed with the aim of rehabilitation and improvement of the quality of life of the elderly population. These researches are developing, for example, devices to assist the elderly in carrying out their daily activities, providing support and prevention of falls. This work presents the development of the prototype of a device to assist elderly person with any visual, cognitive and/or motor impairment to locomotion by itself. The device aims to guide the user autonomously in urban environments. The prototype should be able to avoid any obstacle that can cause the elderly to fall, besides having a structure that offers support for his balance. The proposed device has a structure similar to a walker whose base is a differential mobile robot. For the device be able to get information from the environment, it is embedded with range sensors, a measurement central unit and encoders at the wheels. All processing occurs in a low-cost CPU, Raspberry Pi 1 B version 2, which is embedded in the mobile device, and the navigation control algorithm is based on fuzzy logic. The robotic framework Player (Gerkey and contributors, 2010) provides the access to the hardware and software of the device. For the device to receive the navigation route, it is connected to an Android operating system phone, by TCP/IP protocol. This phone runs an API (Application Programming Interface) from Google Maps that provides the direction and the distance to the goal in every step of its interaction, besides the global location of the robot, provided by the GPS sensor of the phone. The user should firstly set the goal with the API developed, so that the autonomous navigation will occur. In addition to the autonomous navigation, the device allows the user to send commands directly to the motors by means of the force sensors installed at the robot cane.