Forças aplicadas no corpo humano são essenciais para o crescimento tecidual, a postura e a locomoção. Entretanto, na postura sentada, altos níveis de pressão por tempo prolongado podem ocasionar graves danos à pele e aos tecidos subjacentes, podendo levar o indivíduo à morte devido às complicações decorrentes das úlceras de pressão. Pessoas com deficiência que apresentam impossibilidade, temporária ou definitiva, de deslocar-se, adotam a postura sentada em sua cadeira de rodas. Cadeirantes que apresentam diminuição ou perda de funções sensitivas estão mais predispostos a serem acometidos por úlceras por não perceberem os incômodos dos altos níveis de pressão na posição sentada. A engenharia biomecânica tem estudado novas tecnologias em ergômetros e em equipamentos de monitoramento da pressão no assento da cadeira de rodas, com diferentes sensores de medição da pressão, considerando o custo e a constituição do equipamento. Diante disso, foi desenvolvido um novo dispositivo óptico de baixo custo e constituição simples para monitoramento da pressão, utilizando o processamento de imagens da intensidade luminosa gerada pela deformação de semiesferas de elastômeros contra uma superfície transparente rígida iluminada lateralmente sem o uso de líquidos sensores. Foi projetado e desenvolvido um programa de aquisição e processamento, de calibração, de análise das imagens e um módulo de sensores elásticos adaptado ao assento de um ergômetro para cadeirantes. Para entender o funcionamento do dispositivo e avaliar o projeto do novo sistema de monitoramento da pressão foi realizado uma modelagem numérica por elementos finitos, uma análise experimental, uma estimativa da pressão por meio de modelo analítico e um experimento que visa avaliar o efeito do apoio do pé na distribuição da pressão no assento em repouso e com propulsão manual. Por meio, do novo dispositivo de pressão no assento de ergômetro ajustável, foi desenvolvido um novo método de monitoramento da pressão no assento de ergômetro para cadeirantes utilizando um princípio óptico de captação da imagem processada da deformação de semiesferas de elastômeros utilizando aplicativos em ambiente LabVIEW. O dispositivo possibilitou a aquisição, a análise e o monitoramento da imagem do mapeamento dos níveis de pressão no assento de lesados medulares que realizam propulsão manual. Os resultados dos experimentos demonstraram que a elevação do apoio do pé aumenta significativamente (p<0,05) a pressão média e máxima na região isquiática em lesados medulares. O mapeamento óptico com semiesferas de elastômeros para monitoramento da pressão por imagem no assento do ergômetro, mostrou ser uma ferramenta importante na avaliação adequação postural e na ergonomia da configuração de uma cadeira de rodas com potencial para desenvolver novas pesquisas na área da pessoa com deficiência com usuários de cadeira de rodas. / Forces applied to the human body is essential for tissue growth, posture and locomotion. However, in the sitting position, high-pressure levels for long periods can cause serious damage to the skin and underlying tissues, may lead the individual to death due to complications of pressure ulcers. People with disabilities who have not possible, temporary or permanent, to move, adopt a sitting posture with the use of a wheelchair. Wheelchair presenting decrease or loss of sensory functions are more likely to be affected by ulcers do not realize the discomfort of high levels of pressure in the sitting position. Biomechanics Engineering has studied new technologies ergometers and pressure monitoring equipment on the seat of the wheelchair, with different pressure measuring sensors, considering the cost and the setting up of the equipment. Therefore, a new optical device of low cost and simple constitution for pressure monitoring was developed using image processing of the light intensity generated by the deformation of elastomeric hemispheres against a rigid surface transparent illuminated laterally without the use of liquid sensors. For this, it designed and developed an acquisition program, calibration, processing, image analysis and elastic sensor module that is adapted to seat an ergometer for wheelchair users. To understand the device operation and evaluate the design of the new pressure monitoring system was carried out a numerical modeling for finite element, an experimental analysis, an estimate of the pressure by means of analytical model and an experiment designed to assess the effect of support standing on the pressure distribution on the seat at rest and with manual propulsion. By means of the new pressure device on the seat adjustable ergometer it was developed a new pressure monitoring method in ergometer seat for wheelchair users using an optical principle processed image capture of elastomeric hemispheres deformation using applications in LabVIEW environment. The device enabled the acquisition, analysis and monitoring of pressure levels of mapping image on spinal cord injuries seat performing manual propulsion. The results of the experiments with spinal cord injury, demonstrated that the rise foot support increases significantly (p <0.05) and the average maximum pressure in the ischial region. The optical mapping elastomeric hemispheres for monitoring image by pressing the ergometer seat, was an important tool in assessing the ergonomics of the configuration of a wheelchair and postural adjustment with the potential to develop further research in the area of disabled wheelchair users. / Tese (Doutorado)

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T20:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_PauloHenriquedeAraujo_M.pdf: 5298392 bytes, checksum: 05f68847570423d7d13072c10b061a19 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Há uma parcela da população que, por possuir severas limitações físicas e motoras, é inapta a utilizar cadeiras de rodas convencionais, manuais ou elétricas, bem como dispositivos de interface que não consideram as suas características particulares. Deste modo, este trabalho possui foco no desenvolvimento de interfaces e sistemas de navegação para cadeiras de rodas, provendo soluções para a inclusão deste grupo de usuários. Para isto, a revisão bibliográfica envolve três aspectos: as interfaces para usuários, os sistemas de navegação e a integração entre ambos. Primeiramente localiza-se a interface como parte da relação entre usuário e tarefa, para posteriormente restringir-se a interfaces para portadores de severas limitações físicas. Reconhecendo que determinados tipos de limitações de usuários demandam sistemas de navegação, estes são descritos na forma de exemplos de implementações. A revisão bibliográfica conclui com a descrição de métodos para a integração entre interface, navegação e controle da cadeira de rodas. Com base nesta pesquisa bibliográfica, desenvolveu-se um protocolo de integração e três tipos interfaces: controle de voz, filtragem do sinal de joystick para usuários com dificuldade em posicionar a mão, e controle por contrações musculares. A interface de reconhecimento de voz permitiu obter dois protótipos: um primeiro que utiliza um software comercial e um segundo em microcontrolador. A interface de filtragem do sinal do joystick foi prototipada virtualmente, demonstrando a resposta deste filtro a diferentes distúrbios. A interface que utiliza controle por contrações musculares foi implementada em protótipo funcional, por meio de um microcontrolador, e modularizada por meio do protocolo de integração desenvolvido. Este protocolo de integração foi testado em um kit de motorização com os módulos joystick, interface por contrações musculares e sonar, permitindo alternar, remover e inserir módulos sem a necessidade de reprogramação / Abstract: There is a part of population, with physical impairment, that cannot use conventional manual or powered wheelchair and kinds of interface with do not consider they own characteristics. To solve this problem, this work does a bibliographic review on wheelchair interfaces and navigation support, alloying development on solutions for inclusion of this users group. The bibliographic review embraces three aspects: interfaces and users, navigation support systems, and integration between navigation and interfaces. The first chapter, interfaces and users, localizes the interface as an medium between user and task, allowing to be more focused on next chapter: interfaces for wheelchair uses with severe impairment level. Recognizing about in some kind¿s of user impairment levels an adequate interface is not enough, navigation support systems are described. The bibliographic review concludes with a description about integration methods for interfaces, navigation support and wheelchair control. Based on this bibliographic review, an integration protocol and three interfaces have developed: voice control, joystick filtering for users with difficult on hand positioning, and muscular contraction control. The voice recognition interface allows creating two prototypes: one with commercial software, and a second using embedded microcontroller on wheelchair. The joystick filtering interface was virtually prototyped allowing response tests for different noisy sources. The muscular contraction interface has implemented as functional prototyping, by a microcontroller, and modularized by the developed modularization protocol. This protocol has tested in a wheelchair motorization kit with joystick, muscular contraction interface and auxiliary sonar modules, allowing inserting or removing then without any reprogramming needs / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica