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Título: Characterization of amputee gait using a biomechanical approach
Autor(es): Ochoa Diaz, Claudia Patricia
Orientador(es): Bó, Antônio Padilha Lanari
Assunto: Marcha de amputado
Biomecânica
Membros inferiores
Data de publicação: 28-Fev-2016
Data de defesa: 12-Ago-2015
Citação: OCHOA Diaz, Claudia Patricia. Characterization of amputee gait using a biomechanical apprcach. 2015. xi, 105 f., il. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2015.
Resumo: Esta tese propõe uma abordagem biomecânica para a caracterização da marcha de amputado de membro inferior, como um caso particular da marcha humana. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira parte, uma análise de marcha completa é executada a partir de experimentos realizados em sujeitos amputados e não amputados. Foram medidas diferentes variáveis cinemáticas e cinéticas, detectando assimetrias entre os membros amputados. Foi realizada uma avaliação quantitativa de simetria nos membros inferiores usando técnicas no domínio do tempo e da frequência. Os resultados obtidos, em termos de índices, confirmam as observações feitas na fase experimental. A segunda parte está orientada à análise de marcha usando o modelo SLIP (do inglês springloaded inverted pendulum), o qual explora o comportamento elástico das pernas para recriar o movimento periódico do centro de massa corporal (CoM) durante um ciclo de marcha. Foram realizadas comparações entre a saída do modelo e os dados reais dos resultados experimentais de ambos os grupos. O modelo foi capaz de representar ambas as situações: alto nível de simetria nas perna para uma marcha normal, e pernas assimétricas para uma marcha de amputado. Finalmente, é apresentada uma proposta para a estimação da rigidez da perna baseado em um filtro de Kalman estendido (EKF) utilizando o modelo SLIP. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT
This thesis proposes a biomechanical approach for the characterization of the lower limb amputee gait as a particular case of human gait. The study is divided in two parts. First, a complete gait analysis study is carried out by running some experiments in a non-amputee and an amputee group. Several kinematics and kinetics variables were measured and limb asymmetry in the amputee subjects was detected by visual inspection of the gait analysis results. A quantitative evaluation of limb symmetry was performed using techniques in the time and the frequency domain. The obtained results, in terms of indices values, confirm the observations from the experimental phase. The second part is oriented to the analysis of human walking using the spring-loaded inverted pendulum (SLIP) model, which exploits the elastic behavior of legs to recreate the periodical motion of the body center of mass (CoM) during a gait cycle. Comparisons were made between the model output and the real data from the experiment results of both groups. The model was capable of representing both situations: high level of leg symmetry for a normal gait, and asymmetric legs for an amputee gait. Finally, a proposal for estimation of leg stiffness based on a extended Kalman filter (EKF) using the SLIP model is presented.
Descrição: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.
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