Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2010. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-04-06T17:20:56Z No. of bitstreams: 1 2010_AlbertoLopezDelis.pdf: 6933429 bytes, checksum: d2f40240d35414d17166549cc6d7fe6a (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-04-09T01:34:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_AlbertoLopezDelis.pdf: 6933429 bytes, checksum: d2f40240d35414d17166549cc6d7fe6a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-04-09T01:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_AlbertoLopezDelis.pdf: 6933429 bytes, checksum: d2f40240d35414d17166549cc6d7fe6a (MD5) / O sinal mioelétrico de superfície pode ser utilizado de maneira eficaz para detectar a intenção de movimento no controle de próteses mecânicas. Quando se trata da concepção de um projeto que utiliza o controle mioelétrico, a implementação de um algoritmo que utiliza tal técnica é de fundamental importância. Este trabalho propõe dois algoritmos de estimação do ângulo do joelho para detectar a intenção de movimento em uma prótese de perna. A primeira proposta usa como dados a informação extraída a partir de dois canais de eletromiografia e um canal para eletrogoniômetro. A informação é processada por meio de três estágios: (1) extração de características utilizando modelos auto-regressivos e histograma; (2) projeção de características por meio de mapas auto-organizáveis e (3) classificação de padrões usando rede neural perceptron multicamada. A segunda proposta de algoritmo usa a informação extraída a partir de sensores giroscópios como dados adicionais à primeira proposta. A informação é processada por meio de três estágios: (1) extração de características utilizando coeficientes cepstrais e a entropia no sinal mioelétrico, (2) classificação de padrões usando rede neural perceptron multicamada e (3) fusão de dados a partir do filtro de Kalman, utilizando três variantes para a estimação do ângulo do joelho. A plataforma experimental desenvolvida é um sistema micro-controlado para a aquisição e pré-processamento dos sinais mioelétricos em tempo real. É apresentada uma comparação quantitativa entre os algoritmos propostos, o método de Ferreira et al. e o método wavelet packets – análise de componentes principais, baseada em indicadores como percentual erro–sinal, coeficiente de correlação e número, amplitude e duração do erro. Os resultados obtidos demonstram que é possível estimar continuamente a posição do ângulo do joelho a partir dos sinais mioelétricos e sua fusão com sensores proprioceptivos. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The myoelectric signal can be used in an effective way for detecting motion intention in order to control mechanical prostheses. In the design and implementation of a myoelectric controller, the implementation of the myoelectric algorithm is very important. This work proposes two algorithms to estimate knee angle to detect motion intention in leg prostheses. The first algorithm uses the information extracted from two electromyography (EMG) channels and one electrogoniometer channel. This information is processed through three stages: (1) feature extraction using auto-regressive models and histogram, (2) feature projections through self-organizing maps and (3) pattern classification using a perceptron neural network. The second algorithm uses information from gyroscopic sensors as additional data. This information is processed through three stages: (1) feature extraction using cepstral coefficients and the myoelectric signal entropy, (2) pattern classification using a perceptron neural network and (3) data fusion from kalman filter using three variant for knee angle estimation. A micro-controlled bioinstrumentation system has been developed for the acquisition and pre-processing of the electromyographic signal in real-time. A quantitative comparison between the proposed algorithms, the method by Ferreira et al. and the wavelet packet – principal components analysis are presented, based on several metrics such as the error-to-signal percentage (ESP), the correlation coefficients, and the number, amplitude and duration of error events. The results demonstrate that it is possible to estimate continuously the knee angle from mioelectric signals and their fusion with proprioceptive sensors.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-06-10T13:32:58Z No. of bitstreams: 1 2015_ThiagoSilvaRocha.pdf: 20554940 bytes, checksum: 2701d95c9ddf48364064f9c84f3ffbc3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-18T20:15:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_ThiagoSilvaRocha.pdf: 20554940 bytes, checksum: 2701d95c9ddf48364064f9c84f3ffbc3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-18T20:15:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_ThiagoSilvaRocha.pdf: 20554940 bytes, checksum: 2701d95c9ddf48364064f9c84f3ffbc3 (MD5) / A presente dissertação de mestrado descreve o projeto e o desenvolvimento de uma prótese transfemural robótica, em especial o design mecânico e o sistema de atuação. O mecanismo do joelho, construído para apresentar uma movimentação policêntrica, foi baseado em um arranjo de quatro barras, pemitindo um posicionamento conveniente do centro instantâneo de rotação durante a as diversas fases marcha. Essa configuração confere maior estabilidade e controlabilidade ao usuário e maior conforto em movimento. O sistema de atuação consiste de um pistão magnetoreológico que funciona como amortecedor de amortecimento variável controlável por corrente elétrica. São apresentados também a eletrônica embarcada no dispositivo e os sensores instalados para a medição de diversas variáveis da marcha. Os experimentos realizados com um voluntário amputado, também aqui apresentados, permitem concluir que o dispositivo confeccionado é funcional como prótese e capaz de possibilitar ao usuário marcha confortável ao usuário, com maior dinamismo e segurança para o usuário. Os experimentos também apontam diversas possibilidades de aprimoramento do dispositivo. / This master thesis describes the design and development of a transfemoral robotic prosthesis, especially the mechanical design and the actuation system. The knee mechanism, built to present a polycentric movement, was based in a four bar linkage, enabling a convenient positioning of the instantaneous center of rotation during the different phases of gait. This configuration provides greater stability and controllability to the user and greater comfort in motion. The actuation system consists of a magnetorheological piston which acts as damper with variable damping controllable by electrical current. The paper also presents the embedded electronics and the sensor system for measuring different gait variables. The experiments carried out with an amputated volunteer, also presented here, demonstrates that the built device is functional as a prosthesis and grants to the user comfortable gait with greater dynamism and safety. The experiments also point to several device enhancement possibilities.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2018. / A amputação é definida como a perda de parte do membro de um indivíduo. Sua alta incidência faz com que as pesquisas e busca pela melhora dos dispositivos que o auxiliem durante a realização das atividades de vida diária possam ser cada dia mais aprimorados. Portanto, o objetivo da pesquisa é determinar a melhor colocação dos marcadores reflexivos na pele do indivíduo a fim de comparar e analisar a marcha de um indivíduo amputado utilizando sua prótese e um indivíduo não amputado e assim dar indícios de melhoras para a fabricação de futuras próteses. Foi inicialmente testado um protocolo de análise de marcha com o auxílio do Qualisys Track Manager (QTM) juntamente com o suporte de vários outros softwares que auxiliaram na análise dos dados (Anaconda, Jupyter, Open Gait Analitics). Os locais de colocação dos marcadores determinados após as devidas análises dos estudos desses autores foram no quadril, coxa, joelho, perna e tornozelo. O protocolo foi testado pelos pesquisadores e dessa forma foi dado prosseguimento nas coletas de análise de marcha. Os resultados encontrados evidenciaram que os ângulos durante a marcha dos amputados se diferenciam muito do considerado normal e que essas alterações deveriam ser levadas em conta pelos fabricantes de próteses. O intuito é minimizar os efeitos que uma deambulação inadequada causa no indivíduo amputado e, assim, proporcioná-lo uma marcha o mais próximo possível da marcha fisiológica. Conclui-se que a marcha humana dos amputados é muito prejudicada pela adaptação ruim que a prótese tem no membro e no coto desses indivíduos e, que, possivelmente um trabalho ruim pós protetização possa ser o motivo de não haver sido sanado as debilidades encontradas na marcha após a colocação da prótese. / Amputation is defined as the loss of part of an individual's limb. Its high incidence makes that the researches and search for the improvement of the devices that help it during the accomplishment of the activities of daily life can be each day more improved. Therefore, the objective of the research is to determine the best placement of reflexive markers on the skin of the individual in order to compare and analyze the gait of an amputated individual using his or her prosthesis and an individual not amputated and thus provide evidence of improvements for the manufacture of future prostheses . A gait analysis protocol was initially tested with the help of the Qualisys Track Manager (QTM) along with the support of several other software that aided in analyzing the data (Anaconda, Jupyter, Open Gait Analytics). The sites of placement of the markers determined after due analysis of the studies of these authors were in the hip, thigh, knee, leg and ankle. The protocol was tested by the researchers and in this way was continued in the analyzes of gait analysis. The results showed that the angles during the walk of the amputees are very different from the normal ones and that these changes should be taken into account by the manufacturers of prostheses. The aim is to minimize the effects that an improper ambulation causes in the amputated individual and, thus, to provide a gait as close as possible to the physiological gait. It is concluded that the human gait of the amputees is greatly impaired by the poor adaptation that the prosthesis has on the limb and limb of these individuals and that, possibly, poor postprosthesis work may be the reason for not having solved the gait weaknesses after placement of the prosthesis.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-23T13:54:52Z No. of bitstreams: 1 2016_RobertodeSouzaBaptista.pdf: 4876693 bytes, checksum: 85fa8f167eb908e08b5bf946b03e66bd (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-03-22T16:56:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RobertodeSouzaBaptista.pdf: 4876693 bytes, checksum: 85fa8f167eb908e08b5bf946b03e66bd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RobertodeSouzaBaptista.pdf: 4876693 bytes, checksum: 85fa8f167eb908e08b5bf946b03e66bd (MD5) / Desenvolvimentos recentes na tecnologia de sensores portáteis estão trazendo dispositivos de medição de movimento humano para atividades cotidianas. Esses sensores fornecem aos usuários finais e profissionais de biomecânica uma quantidade de dados sem precedentes. Além disso, eles proporcionam o desenvolvimento de novas tecnologias em próteses inteligentes e sistemas de interação homem-máquina. No entanto, há uma falta de técnicas para extrair automaticamente as medições indiretas - tais como duração do movimento, amplitude ou coordenação motora - a partir desses dados. Medidas indiretas são necessárias para o reconhecimento, avaliação e análise do movimento humano, e são geralmente extraídas manualmente por meio de inspeção visual por um profissional de biomecânica. Esta tese propõe um novo método para a avaliação automática de movimentos humanos que executa segmentação e extração de parâmetros de desempenho motor (isto é, medições indiretas) em séries temporais de medições de uma seqüência de movimentos humanos. Utilizamos os elementos de um modelo de Sistema Dinâmico Linear Chaveado como blocos de construção para traduzir definições e procedimentos formais da análise tradicional do movimento humano. Nossa abordagem fornece um método para os usuários sem experiência em processamento de sinal para criar modelos para movimentos usando conjunto de dados rotulado e mais tarde empregá-lo para a avaliação automática. Validamos nossa estrutura de testes preliminares envolvendo seis sujeitos adultos saudáveis que executaram movimentos comuns em testes funcionais e sessões de exercícios de reabilitação, como sentar-e-levantar e elevação lateral dos braços, e cinco sujeitos idosos, dois com mobilidade limitada, que executaram o movimento de levantar-se da posição sentada. O método proposto foi aplicado em sequências de movimento aleatório para o duplo propósito de segmentação de movimento (precisão de 72-100%) e avaliação de desempenho motor (erro médio de 0-12%). / Recent developments in portable sensor technology are bringing human movement measurement devices to everyday activities. These sensors provide end users and biomechanists with unprecedented amount of data. Besides, they allow novel technologies in intelligent prosthesis and human-machine interaction systems to emerge. However, there is a lack of techniques to automatically extract indirect measurements - such as movement duration, amplitude or motor coordination - from these data. Indirect measures are necessary for recognition, assessment and analysis of human movement, and are usually extracted manually through visual inspection by a biomechanist. This thesis proposes a novel framework for automatic human movement assessment that executes segmentation and motor performance parameter extraction (i.e. indirect measurements) in time-series of measurements from a sequence of human movements. We use the elements of a Switching Linear Dynamic System model as building blocks to translate formal definitions and procedures from traditional human movement analysis. Our approach provides a method for users with no expertise in signal processing to create models for movements using labeled dataset and later employ it for automatic assessment. We validated our framework on preliminary tests involving six healthy adult subjects that executed common movements in functional tests and rehabilitation exercise sessions, such as sit-to-stand and lateral elevation of the arms, and five elderly subjects, two of which with limited mobility, that executed the sit- to-stand movement. The proposed method worked on random motion sequences for the dual purpose of movement segmentation (accuracy of 72-100%) and motor performance assessment (mean error of 0- 12%).