Introduction: A methodology was developed for implementing closed-loop control algorithms and for evaluating the behavior of a system, considering certain component restrictions used in laboratory implementation. Methods:Mathematical functions representing a model of the biological system were used for knee extension/fl exion movements. A Proportional Integral Derivative (PID) controller and another one using the root locus method were designed to control a patient's leg position by applying functional electrical stimulation (FES). The controllers were simulated in Matlab and ISIS Proteus. After the simulations were performed, the codes were embedded in a microcontroller, and tests were conducted on a paraplegic volunteer. To the best of the authors' knowledge, this is the fi rst time that ISIS Proteus software resources have been used prior to implementing a closed-loop system designed to control the leg position of patients. Results: This method obviates the application of initial controller tests directly to patients. The response obtained in the experiment with a paraplegic patient complied with the specifi cations set in terms of the steady-state error, the settling time, and the percentage overshoot.The proposed procedure was successfully applied for the implementation of a controller used to control the leg position of a paraplegic person by electrical muscle stimulation. Conclusion: The methodology presented in this manuscript can contribute to the implementation of analog and digital controllers because hardware limitations are typically not taken into account in the design of controllers.
This study aims to present the design, selection and testing of commercial ropes (artificial tendons) used on robotic orthosis to perform the hand movements for stroke individuals over upper limb rehabilitation. It was determined the load applied in the rope would through direct measurements performed on four individuals after stroke using a bulb dynamometer. A tensile strength test was performed using eight commercial ropes in order to evaluate the maximum breaking force and select the most suitable to be used in this application. Finally, a pilot test was performed with a user of the device to ratify the effectiveness of the rope. The load on the cable was 12.38 kgf (121.4 N) in the stroke-affected hand, which is the maximum tensile force that the rope must to supports. Paragliding rope (DuPont™ Kevlar ® ) supporting a load of 250 N at a strain of 37 mm was selected. The clinical test proved the effectiveness of the rope, supporting the requested efforts, without presenting permanent deformation, effectively performing the participant’s finger opening.
Abstract This work proposes the use of Hopfield Neural Networks in parametric identification of complex system comprised of the leg and foot. This research is part of a multidisciplinary project that integrates the control systems and instrumentation to control the movements of the lower limbs in paraplegic patients. The objective is to identify the plant parameters and perform simulations of the system, before the application of the control laws in the patient. IntroduçãoAnualmente, centenas de pessoas são acometidas por algum tipo de lesão medular no Brasil e no mundo, que comprometem suas capacidades motoras especialmente em membros inferiores. Cabe destacar que, após a lesão medular, os músculos atrofiam rapidamente, principalmente os músculos grandes da coxa. Uma das consequências da atrofia muscular é que as atividades do coração e do pulmão são reduzidas, fazendo com que as condições de saúde sejam deterioradas.Quando um indivíduo não exercita ou movimenta o membro acometido por uma lesão, pode ter seu estado clínico comprometido, influenciando diretamente na qualidade de vida do mesmo.A Estimulação Elétrica Neuromuscular Funcional (EENF) pode auxiliar o sistema circulatório, aumentando a circulação de sangue no membro paralisado, dentre outros benefícios (CRAMERI et al., 2004). A EENF, em combinação com sensores adequados e técnicas de controle, pode ser explorada para produzir movimentos funcionais, podendo ajudar a restaurar algumas funções motoras e, aplicada em níveis adequados, pode ser tão eficaz no fortalecimento muscular quanto uma contração muscular voluntária.Um grande desafio que se enfrenta quando se aplica EENF nos membros inferiores paralisados é evitar a hiperestimulação e adiar a fadiga muscular, tanto quanto possível.Quando se trabalha com sistema em malha fechada, pode-se controlar de maneira mais eficiente a estimulação elétrica, propiciando um melhor controle dos movimentos e evitando uma fadiga mais rápida dos músculos envolvidos no processo. E para iniciar as rotinas de acompanhamento do progresso do tratamento, deve-se obter um controlador que, após a eletroestimulação, mantenha a posição da perna em um ângulo desejado.Entretanto, antes de se iniciar o projeto do controlador, os parâmetros que compõe as equações dinâmicas do sistema devem ser obtidos e estes variam com o estado de saúde e emocional do paciente.A identificação dos parâmetros de sistemas dinâmicos parcialmente desconhecidos é um assunto de grande importância prática, pois uma vez conhecido o modelo matemático, podem-se utilizar resultados clássicos para projetar um controlador de modo que o sistema controlado apresente um desempenho desejado especificado previamente.A importância deste processo é que, através dos parâmetros da planta, se consegue projetar, posteriormente, o conjunto controlador-estimulador, observando-se a resposta temporal através de simulações, evitando-se que os primeiros testes reais de controle sejam aplicados em pacientes.Os parâmetros da planta do complexo perna-pé são altamente variáv...
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