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09. Avaliação e Qualidade
Os resultados preliminares obtidos até o momento são relativos aos sistemas sendo testados individualmente. Poucos testes foram feitos com o protótipo totalmente integrado até o momento, pois houveram diversos problemas a serem contornados durante esses processos. Após o sistema mecânico ter sido projetado, foi preciso avaliar suas características mecânicas de resistência e deformação, a fim de avaliar se o modelo e seus materiais são capazes de suportar a carga provida pelo usuário. Utilizou-se a modelagem CAD para aplicação na ferramenta SolidWorks® Simulation, responsável por simular o processo de análise estática. A carga aplicada para este teste foi de 2.000 N. A Figura 9 apresenta os resultados das análises de tensão e deformação.
Como visto, grande parte do modelo simulado apresenta-se na região gráfica em azul, na qual representa um nível baixo de tensão aplicado na peça e deformação ocorrida em seu conjunto. Após a análise ser concluída, o sistema mecânico do protótipo SmartLeg Beta foi fabricado e montado, a fim de ser integrado com o motor brushless e ter seu controle testado, conforme demonstra a Figura 10.
Figura 10 – Teste de controle do motor integrado ao conjunto da prótese. Autoria própria.
Este teste teve como objetivo visualizar a integração entre o motor brushless e o sistema mecânico, simulando movimentos esperados de flexão e extensão. O conjunto apresentou a controlabilidade esperada, podendo ser possível visualizar os recursos de controle necessários para uma maior precisão no movimento. A eficiência calculada do conjunto da redução com o motor brushless foi de 63%.
Com isto, foi realizada uma simulação do sistema de reconhecimento da marcha baseado em estados finitos a fim de verificar a resposta de flexão e extensão do software conforme as entradas de dados cinemáticos. Para isto, foi montado um setup de duas IMU Acelerômetro e Giroscópio MPU6050 e o microcontrolador ATMega 328p em um modelo vestível, no qual foi utilizado por um indivíduo saudável no segmento do fêmur e da tíbia.
Figura 11 – Modelo vestível. Autoria própria.
Baseando-se na diferença entre os ângulos medidos em cada segmento, determinou-se as posições angulares de entrada para FSM “Marcha”, realizando assim o reconhecimento dos estados conforme as transições e realizando saídas de posição na porta Serial. Ao mesmo tempo, foram registradas as posições angulares do segmento do participante da pesquisa. Utilizamos um DataLogger primitivo, imprimindo os dados na serial por meio do notebook em uma mochila. Após a caminhada, copiamos os dados e salvamos em ‘.txt’, para em seguida realizar a análise manual. Por fim, estes dados foram registrados em um gráfico apresentado pelas Figuras 11 e 12.
Figura 11 – Gráfico de posição do joelho (º) por tempo (s). Posição angular do joelho gerada pela simulação em comparação com a posição angular do joelho de um indivíduo saudável. Autoria própria.
Figura 12 – Gráfico de posição do joelho (º) por tempo (s). Posição angular do joelho gerada pela simulação em comparação com a posição angular do joelho de um indivíduo saudável. Autoria própria.
Após o desenvolvimento destas simulações, foi desenvolvida a Rede Neural. De forma similar aos testes anteriores, utilizamos a Serial como meio de comunicação entre o microcontrolador e o computador. Recolhemos dados da caminhada de diversos testes, o colocamos no formato adequado para leitura do MATLAB, importamos os dados e realizamos a implementação e o treinamento da rede neural. A Figura abaixo apresenta seus resultados.
Figura 12 – Gráfico de posição do joelho (º) por tempo (s). Posição angular do joelho gerada pela rede neural em comparação com a posição angular do joelho de um indivíduo saudável. Autoria própria.
Tendo em vista os testes da prótese com seres humanos, sabe-se que é muito difícil realizar testes com indivíduos externos. Por isto, muitos pesquisadores de próteses transfemorais utilizam uma órtese para conectar a prótese ao corpo dos próprios, utilizando uma estrutura em “L” que dobra o joelho e substitui o apoio pela prótese, compensando também a altura do pé oposto por conta do desalinhamento entre os joelhos. Assim, criamos nossa própria órtese feira de fibra de vidro. Contudo, não conseguimos uma boa fixação desta na perna e no sapato, pois utilizamos velcro. Há de se fazer um interfaceamento melhor.