O objetivo deste trabalho é tornar possível a inserção de um robô humanoide para auxiliar pacientes em sessões de fisioterapia. Um sistema robótico é proposto que utiliza um robô humanoide, denominado NAO, visando analisar os movimentos feitos pelos pacientes e corrigi-los se necessário, além de motivá-los durante uma sessão de fisioterapia. O sistema desenvolvido permite que o robô, em primeiro lugar, aprenda um exercício correto de fisioterapia observando sua execução por um fisioterapeuta; em segundo lugar, que ele demonstre o exercício para que um paciente possa imitá-lo; e, finalmente, corrija erros cometidos pelo paciente durante a execução do exercício. O exercício correto é capturado por um sensor Kinect e dividido em uma sequência de estados em dimensão espaço-temporal usando k-means clustering. Estes estados então formam uma máquina de estados finitos para verificar se os movimentos do paciente estão corretos. A transição de um estado para o próximo corresponde a movimentos parciais que compõem o movimento aprendido, e acontece somente quando o robô observa o mesmo movimento parcial executado corretamente pelo paciente; caso contrário o robô sugere uma correção e pede que o paciente tente novamente. O sistema foi testado com vários pacientes em tratamento fisioterapêutico para problemas motores. Os resultados obtidos, em termos de precisão e recuperação para cada movimento, mostraram-se muito promissores. Além disso, o estado emocional dos pacientes foi também avaliado por meio de um questionário aplicado antes e depois do tratamento e durante o tratamento com um software de reconhecimento facial de emoções e os resultados indicam um impacto emocional bastante positivo e que pode vir a auxiliar pacientes durante tratamento fisioterapêuticos. / This dissertation develops a robotic system to guide patients through physiotherapy sessions. The proposed system uses the humanoid robot NAO, and it analyses patients movements to guide, correct, and motivate them during a session. Firstly, the system learns a correct physiotherapy exercise by observing a physiotherapist perform it; secondly, it demonstrates the exercise so that the patient can reproduce it; and finally, it corrects any mistakes that the patient might make during the exercise. The correct exercise is captured via Kinect sensor and divided into a sequence of states in spatial-temporal dimension using k-means clustering. Those states compose a finite state machine that is used to verify whether the patients movements are correct. The transition from one state to the next corresponds to partial movements that compose the learned exercise. If the patient executes the partial movement incorrectly, the system suggests a correction and returns to the same state, asking that the patient try again. The system was tested with multiple patients undergoing physiotherapeutic treatment for motor impairments. Based on the results obtained, the system achieved high precision and recall across all partial movements. The emotional impact of treatment on patients was also measured, via before and after questionnaires and via a software that recognizes emotions from video taken during treatment, showing a positive impact that could help motivate physiotherapy patients, improving their motivation and recovery.

O objetivo deste trabalho é tornar possível a inserção de um robô humanoide para auxiliar pacientes em sessões de fisioterapia. Um sistema robótico é proposto que utiliza um robô humanoide, denominado NAO, visando analisar os movimentos feitos pelos pacientes e corrigi-los se necessário, além de motivá-los durante uma sessão de fisioterapia. O sistema desenvolvido permite que o robô, em primeiro lugar, aprenda um exercício correto de fisioterapia observando sua execução por um fisioterapeuta; em segundo lugar, que ele demonstre o exercício para que um paciente possa imitá-lo; e, finalmente, corrija erros cometidos pelo paciente durante a execução do exercício. O exercício correto é capturado por um sensor Kinect e dividido em uma sequência de estados em dimensão espaço-temporal usando k-means clustering. Estes estados então formam uma máquina de estados finitos para verificar se os movimentos do paciente estão corretos. A transição de um estado para o próximo corresponde a movimentos parciais que compõem o movimento aprendido, e acontece somente quando o robô observa o mesmo movimento parcial executado corretamente pelo paciente; caso contrário o robô sugere uma correção e pede que o paciente tente novamente. O sistema foi testado com vários pacientes em tratamento fisioterapêutico para problemas motores. Os resultados obtidos, em termos de precisão e recuperação para cada movimento, mostraram-se muito promissores. Além disso, o estado emocional dos pacientes foi também avaliado por meio de um questionário aplicado antes e depois do tratamento e durante o tratamento com um software de reconhecimento facial de emoções e os resultados indicam um impacto emocional bastante positivo e que pode vir a auxiliar pacientes durante tratamento fisioterapêuticos. / This dissertation develops a robotic system to guide patients through physiotherapy sessions. The proposed system uses the humanoid robot NAO, and it analyses patients movements to guide, correct, and motivate them during a session. Firstly, the system learns a correct physiotherapy exercise by observing a physiotherapist perform it; secondly, it demonstrates the exercise so that the patient can reproduce it; and finally, it corrects any mistakes that the patient might make during the exercise. The correct exercise is captured via Kinect sensor and divided into a sequence of states in spatial-temporal dimension using k-means clustering. Those states compose a finite state machine that is used to verify whether the patients movements are correct. The transition from one state to the next corresponds to partial movements that compose the learned exercise. If the patient executes the partial movement incorrectly, the system suggests a correction and returns to the same state, asking that the patient try again. The system was tested with multiple patients undergoing physiotherapeutic treatment for motor impairments. Based on the results obtained, the system achieved high precision and recall across all partial movements. The emotional impact of treatment on patients was also measured, via before and after questionnaires and via a software that recognizes emotions from video taken during treatment, showing a positive impact that could help motivate physiotherapy patients, improving their motivation and recovery.