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Title: Estudo da influência das forças inerciais e das propriedades musculoesqueléticas na propulsão de cadeiras de rodas manuais
Authors: Amancio Junior, A.
Advisor: Ackermann, Marko
Issue Date: 2016
Abstract: A população de usuários de cadeiras de rodas no Brasil corresponde a aproximadamente 5 milhões de pessoas que, em sua maioria, são deficientes físicos que dependem permanentemente da cadeira de rodas para se locomover. A cadeira de rodas mais utilizada por essa população é a cadeira de rodas manual, porém a locomoção com cadeiras de rodas como meio de transporte é considerada de baixa eficiência, devido a aspectos biomecânicos que desfavorecem a propulsão. Além disso, a locomoção com cadeiras de rodas manuais sujeita os membros superiores a altas cargas e a esforços repetitivos. Essa demanda relativamente alta de atividade física com elevados esforços durante a propulsão da cadeira de rodas manual levam a um alto número de reclamações por parte dos usuários, devido a dores e lesões nos membros superiores. Estudos experimentais têm colaborado para a compreensão dos esforços durante a propulsão e dos fatores que levam à incidência de doenças musculoesqueléticas em cadeirantes. Porém, a aquisição de dados experimentais está sujeita a limitações técnicas, custos relativamente altos e alta demanda de tempo para serem realizados. Em menor número, estudos envolvendo simulações computacionais também têm colaborado para o entendimento da propulsão. Com modelos matemáticos cada vez mais condizentes com a realidade e o crescente poder de processamento computacional, as simulações computacionais possibilitam a realização de testes virtuais em variados cenários com custo e demanda de tempo relativamente reduzido. O presente trabalho estuda a influência das forças inerciais, gravitacionais e musculares e também das propriedades musculoesqueléticas na propulsão de cadeira de rodas manuais. Para isso, foi desenvolvido um modelo do sistema cadeira de rodas e usuário e uma abordagem para estimar as ativações dos músculos envolvidos na propulsão de cadeira de rodas a partir de dados experimentais da cinemática do sistema e das forças aplicadas no aro da cadeira de rodas através da resolução de um problema de otimização estática. Com o objetivo de ilustrar a aplicação dos métodos e realizar um estudo de caso, foram coletados dados de cinemática e forças no aro para um voluntário em duas velocidades de locomoção em um laboratório de análise de movimento. A cinemática foi filmada utilizando uma câmera e as forças no aro foram medidas utilizando o sistema SmartWheel.
The population of wheelchair users in Brazil corresponds to approximately 5 million people, most of them are disabled and depend permanently on the wheelchair for locomotion. The wheelchair most used by this population is the manual wheelchair, but wheelchair locomotion is consideredinefficiency due to biomechanical aspects. Furthermore, the locomotion with manual wheelchairs subject the upper limbs to large and repetitive loads. This relatively high demand of physical activity for propelling the manual wheelchair leads to a high number of complaints from users due to pain and injuries in the upper limbs. Experimental studies have contributed to the understanding of the efforts during the propulsion and the factors that lead to the incidence of musculoskeletal disorders in wheelchair users. However, the acquisition of experimental data is subjected to technical restrictions, relatively high costs and long time to be realized. In smaller number, studies involving computer simulations have also contributed to the understanding of propulsion. With mathematical models increasingly consistent with reality and the growing power of computer processing, computer simulations allow the performing of virtual testing in various scenarios with low cost and relatively short period of time. This paper investigates the influence of inertial, gravitational and muscle forces as well as musculoskeletal properties on manual wheelchair propulsion. In order to achieve this, a model of the wheelchair and user system and an approach to estimate the activation of the muscles involved in propelling the wheelchair based on the experimental data obtained from the system kinematics and the forces applied on the wheelchair handrim by solving a static optimization problem. In order to illustrate the application of the methods and conduct a case study, the kinematic data and forces on the rim for a volunteer were collected in two locomotion speeds in a motion analysis laboratory. The kinematics was filmed using a camera and the forces on the handrim were measured using the SmartWheel system.
Keywords: Cadeiras de rodas Propulsão
Biomecânica
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
metadata.dc.identifier.doi: https://doi.org/10.31414/EM.2016.D.127860
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/153
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