Desenvolvimento de um Exoesqueleto de Membros Inferiores com Elos Flexíveis via Manufatura Aditiva

• Processo: 25/02598-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica
• Pesquisador responsável: Wilian Miranda dos Santos
• Beneficiário: Wilian Miranda dos Santos
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia. Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus Experimental São João da Boa Vista. São João da Boa Vista , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Adriano Almeida Gonçalves Siqueira ; Andres Felipe Galvis Rodriguez ; Crystopher Cardoso de Brito ; Felix Mauricio Escalante Ortega ; João Pedro de Sousa Oliveira ; Julian Arnaldo Avila Diaz ; Murilo Sartorato ; Thiago Boaventura Cunha
• Assunto(s): Impressão tridimensional Mecatrônica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Controle de Interação | elos flexíveis | Exoesqueleto de membros inferiores | Manufatura Aditiva | sensores de fibra optica | Técnicas de controle robusto | Engenharia Mecatrônica

Resumo

Este projeto de pesquisa tem como objetivo desenvolver um exoesqueleto de membros inferiores com elos flexíveis, projetado para auxiliar pessoas com deficiência ou mobilidade reduzida. Tradicionalmente, a flexibilidade dos elos era vista como um efeito indesejado, mas neste projeto ela será tratada como uma característica que possibilita um controle de interação com alto nível de estabilidade, robustez e transparência. A exploração da flexibilidade dos elos em aplicações de controle de interação é pouco abordada na literatura, e este estudo pretende preencher essa lacuna. A tecnologia de manufatura aditiva (MA) permitirá o desenvolvimento de elos flexíveis otimizados, projetados através de técnicas de otimização topológica e paramétrica por meio de análise de elementos finitos. Esses elos serão projetados para atender aos requisitos desejados, como carga máxima admissível e largura de banda, essenciais para a assistência ao caminhar, garantindo simultaneamente baixa rigidez e um dispositivo compacto e leve. O estudo investigará diferentes materiais para a construção dos elos flexíveis, como fibra de carbono, titânio e alumínio aeronáutico. A caraterização macro e microestrutural, assim como ensaios de corrosão serão realizados para avaliar a integridade superficial dos componentes e ensaios mecânicos serão realizados para validar o projeto estrutural. No que diz respeito ao controle, serão feitos estudos para analisar como a flexibilidade dos elos influencia os parâmetros de estabilidade e passividade dos controladores. Além disso, será utilizada a abordagem de representações de sistemas lineares com parâmetros variantes no tempo na modelagem do sistema exoesqueleto-usuário, permitindo incorporar os parâmetros de impedância do usuário no controle. Essa abordagem permitirá modelar as variações dos parâmetros do usuário durante o movimento, resultando em uma representação dinâmica mais completa da interação entre o exoesqueleto e o usuário, proporcionando maior segurança e conforto durante o uso. Para lidar com a complexidade do controle de robôs flexíveis, serão avaliadas técnicas de controle robusto, como h-infinito, com o objetivo de garantir a robustez do sistema a incertezas paramétricas e distúrbios externos. Sensores de fibra óptica serão empregados para medir a deformação nos elos flexíveis, permitindo que o controle leve em consideração as variações nas propriedades físicas dos elos. Em resumo, este projeto visa desenvolver um exoesqueleto de membros inferiores com elos flexíveis via MA e explorar a flexibilidade desses elos como uma vantagem no controle de interação. Técnicas de controle robusto, como h-infinito, e sensores de fibra óptica serão utilizados para garantir um controle preciso e robusto do sistema. Este estudo tem o potencial de contribuir significativamente para o avanço da tecnologia de exoesqueletos, ampliando suas aplicações em áreas de reabilitação e assistência. (AU)