Uma contribuição metodológica ao projeto, modelagem matemática e ao controle baseado em inteligência artificial de uma cadeira de rodas servoacionada
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ricardo Luiz U de Freitas Pinto
Guilherme de Souza Papini
Ronan Drummond de Figueiredo Rossi
Enguer Beraldo Garcia
Guilherme de Souza Papini
Ronan Drummond de Figueiredo Rossi
Enguer Beraldo Garcia
Resumo
Existem diversos dispositivos projetados pelo ser humano que apresentam elevadas características não lineares, inerentemente instáveis e variáveis no tempo. Esses dispositivos são difíceis de serem modelados e controlados. Os métodos clássicos que são usados para sistemas lineares apresentam limitações quando aplicados a sistemas com essas características. Alternativas modernas abordam o estudo, modelo e controle de tais sistemas, mas algumas são denominadas de não convencionais, mais conhecidas como baseadas em conhecimento e incluem o uso de ferramentas de inteligência artificial. Este trabalho descreve o desenvolvimento da modelagem e controle de um sistema com as características citadas, baseado em um controle não convencional, com o emprego da Lógica Fuzzy. Esta, devido ao seu baixo custo (de projeto e processamento), situa-se em um patamar que permite a um leigo (fisioterapeutas, técnicos ortopédicos, médicos bioengenheiros e outros) em relação ao controle convencional projetar e executar um projeto, desde que tenha conhecimento do seu funcionamento. O presente estudo investigou essas novas técnicas aplicadas a um caso real, de uma cadeira de rodas para desabilitados físicos tetraplégicos com a opção da inclinação. Apresentaram-se, aqui, adicionalmente, dois estudos simples, mas que foram fundamentais no controle por parte do tetraplégico, como o comando vocal baseado em Redes Neurais Artificiais e outro, que traz certa inovação para o caso do Centro de Gravidade (CG) de uma cadeira de rodas calculado em tempo real e que o diferencia das técnicas usuais empregadas na estabilização de dispositivos como este.
Abstract
There are many devices designed by humans, which have high nonlinear characteristics that are inherently unstable and variable in time. These devices are difficult to be modeled and controlled. Classics methods that are used for linear systems have limitations when applied to systems with these characteristics. There are modern alternative approaches to studying, modeling and control such systems, but some are called unconventional, better known as knowledge-based and include the use of artificial intelligence tools. This paper describes the development of a model and control system with the aforementioned characteristics, based on a non - conventional control, with the use of fuzzy logic. Fuzzy logic and its inherently low cust (designing and processing) is situated on a level that allows a layman (physiotherapists, orthopedic technicians, doctors, bio - engineers, etc.) to design and execute a project, since it is aware of its usual way. This work investigates a new technic applied in a real case of a quadriplegics wheelchair with tilt option. We present here additionally two simple studies, but that were fundamental in control by the quadriplegic as voice control based on artificial neural networks and another that brings some innovation to the case of the Center of Gravity (CG) of a wheelchair, computed in real time and which differentiates it from the usual techniques in stabilizing devices like this.
Assunto
Robótica, Engenharia mecânica, Cadeiras de rodas, Lógica difusa
Palavras-chave
Controle Neuro-Fuzzy, Cadeira de rodas, Robotica, Modelo matemático