Estimação da força tangencial para o controle de impedância de cadeira de rodas servo-assistida

Abstract

Lesões de ombro em usuários de cadeira de rodas manual são comuns devido ao esforço repetitivo inerente à atividade de propulsão sobre os aros. Uma forma de abordar este problema é prescrever cadeiras de rodas que possuem uma assistência parcial de força por meio de um motor elétrico. Esse tipo de cadeira é conhecida como Pushring Activated Power Assisted Wheelchair (PAPAW). Uma das formas de implementar a assistência é utilizando o chamado "controle de impedância", no qual o motor provê um torque tal que a inércia e os atritos do sistema cadeira-usuário sejam aparetemente modificados de forma a favorecer a propulsão. No entanto, para implementar tal sistema, normalmente é necessário medir tanto a velocidade das rodas quanto a força tangencial aplicada pelo usuário no aro da roda. Para contornar este problema, neste trabalho propõese o uso de um estimador da força tangencial a partir: (i) da medição da velocidade da roda, (ii) de um modelo dinâmico e (iii) de um sistema controle de malha fechada. O desempenho do estimador de força é avaliado na presença dos inevitáveis erros de modelagem, por exemplo no coeficiente de atrito, na contante de torque e na resistência do enrolamento do motor. Os resultados mostram que erros de estimação do coeficiente de atrito abaixo de 30% não comprometem significativamente o desempenho do controle de impedância para uma redução de massa aparente de 50%. Isto mostra que é viável implementar o controle de impedância em uma cadeira PAPAW sem o uso de um sensor de força tangencial desde que os erros de modelagem não sejam elevados.