Nas v´arias cadeiras descritas uma das camadas mais primordiais no processo de adapta¸c˜ao ´e o controle dos motores. Como visto, muita vezes esse controle ´e customizado atrav´es da instala¸c˜ao de circuitos respons´aveis pelo controle e acionamento dos motores, outras vezes o pr´oprio sistema de acionamento da cadeira ´e utilizado. Nesta se¸c˜ao ser´a apresentada uma breve revis˜ao sobre algumas das solu¸c˜oes de empregadas no controle de velocidade e trajet´oria de cadeiras motorizadas.
Em Ding e Cooper (2005) ´e feita uma longa an´alise sobre os diversos modelos de cadeiras de rodas e os esfor¸cos empregados no desenvolvimento destas at´e o ano da publica¸c˜ao. Os autores destacam que a tecnologia presente nos controladores dessas ca- deiras ´e a mesma da d´ecada de oitenta, quando come¸cou a se popularizar o uso desses ve´ıculos. S˜ao necess´arios, ainda, novos avan¸cos nesta ´area para que seja poss´ıvel a maior dissemina¸c˜ao desse ve´ıculo a fim de aumentar a inclus˜ao de pessoas com defici^encias mais severas e facilitar seu uso em diversos terrenos e lugares.
O tipo mais comum e b´asico de controladores usados em cadeiras motorizadas s˜ao os controladores de velocidade. Atrav´es de um joystick o usu´ario informa ao sistema qual velocidade ele deseja e o controlador ajusta a tens˜ao do motor para atingir aquela velo- cidade. Na maioria das cadeiras comerciais n˜ao ´e usado nenhum tipo de realimenta¸c˜ao e muito menos s˜ao levados em conta fatores como diferentes terrenos ou diferentes in- clina¸c˜oes (DING; COOPER, 2005).
No trabalho Ding e Cooper (2005) relatam que controladores do tipo Proporcional- Integral-Derivativo (PID) s˜ao realimentados por meio de enconders e IMUs (Inertial Me- asurement Unit ) e, atrav´es do ajuste de suas constantes para diferentes valores de cargas, fornecem ao usu´ario uma solu¸c˜ao mais personalizada. Outros controladores como Grey- Fuzzy decision-making (GFD) s˜ao mais avan¸cados pois conseguem aproximar par^ametros din^amicos do sistema. Em Luo et al. (1999) os autores apresentam esse controlador fun- cionando com bons resultados para um cadeira motorizada com as rodas traseiras sobre duas superf´ıcies com atritos diferentes.
Ainda em Ding e Cooper (2005), os autores relatam que controladores de tra¸c˜ao, como os usados em autom´oveis, ainda s˜ao pouco usados em cadeiras motorizadas e que o uso desse tipo de controlador poderia trazer avan¸cos para o uso de cadeira motorizadas em terrenos arenosos, molhados e neve. Por´em, hoje em dia, j´a se conseguem encontrar alguns modelos de cadeiras motorizadas que s˜ao capazes de se locomoverem pelos mais diversos terrenos, conforme apresentado na Se¸c˜ao 2.1.
Em Johnson e Aylor (1985) ´e desenvolvido um modelo din^amico de uma cadeira de rodas e testes mostram a compara¸c˜ao entre a simula¸c˜ao do modelo e a cadeira real. Neste artigo o modelo ´e desenvolvido levando-se em conta um ambiente plano, n˜ao escorrega-
mento da cadeira, o atrito entre a cadeira e o ambiente e tamb´em as restri¸c˜oes impostas pelas rodas castor ao movimento da cadeira. Em Brown et al. (1990) ´e desenvolvido um controlador de velocidade ´otimo e adapt´avel baseado neste modelo. Neste trabalho s˜ao identificados os par^ametros mais sens´ıveis para o controlador e ent˜ao s˜ao criados espa¸cos de par^ametros f´ısicos da planta para o qual um conjunto de par^ametros do controlador ´
e v´alido. Desta maneira, ´e implementado um controlador que consegue ser customizado para o usu´ario, o que pode ser feito antes de iniciar o uso da cadeira ou durante o uso atrav´es da an´alise de alguns par^ametros tais como a velocidade angular e a corrente nos motores.
Abordagens que incluem ambientes com diferentes coeficientes de atrito e in- clina¸c˜ao podem ser verificadas em Onyango et al. (2009). Neste artigo os autores des- crevem um modelo din^amico de uma cadeira em uma superf´ıcie inclinada e com escor- regamento. A partir deste modelo desenvolve-se o controlador atrav´es da lineariza¸c˜ao do modelo utilizando realimenta¸c˜ao de estados e transforma¸c˜ao de coordenadas. S˜ao expos- tos os resultados de simula¸c˜oes para um cen´ario com pouco escorregamento e para outro mais escorregadio.
Algumas abordagens mais simples de controle como a apresentada em Lee et al. (2013) se preocupam em neutralizar o efeito do desalinhamento das rodas castor. Esse desalinhamento faz com que exista uma resist^encia ao movimento imposto pela rodas motrizes e que, tamb´em, faz a cadeira se afastar de sua orienta¸c˜ao inicial (LEE et al., 2013). Para neutralizar esse efeito os autores utilizaram um controlador PID que tenta zerar o erro de orienta¸c˜ao introduzido pelo desalinhamento das rodas castor, fazendo com que depois de um certo tempo esse controlador entre em a¸c˜ao e a cadeira volte para a orienta¸c˜ao inicial.
No trabalho Gersdorf e Shi (2010) os autores apresentam um controlador para compensar as perturba¸c˜oes ocasionadas pelas rodas castor. Os autores relatam os pro- blemas que ocorrem quando usu´ario ou sistema de navega¸c˜ao da cadeira Rolland (Se¸c˜ao 2.2) necessita alterar a dire¸c˜ao do movimento e muitas vezes n˜ao consegue movimentar a cadeira devido ao desalinhamento das rodas castor em rela¸c˜ao `a nova trajet´oria. Outro problema relatado ocorre quando a cadeira est´a se movimentando em uma dire¸c˜ao e essa dire¸c˜ao ´e alterada sem parar a cadeira. Nessa situa¸c˜ao a cadeira acaba por atrasar o mo- vimento na nova dire¸c˜ao, novamente pelo desalinhamento das rodas castor. Para corrigir este problema os autores desenvolvem um modelo que apresenta a for¸ca que as rodas motrizes devem exercer sobre a cadeira para superar a for¸ca de atrito que impede que as rodas castor se alinhem na dire¸c˜ao do movimento. Ap´os feita essa analise os autores im- plementam um controlador Proporcional-Integral (PI) que monitora a posi¸c˜ao das rodas castor e aumenta a for¸ca exercida pelas rodas motrizes conforme o erro da orienta¸c˜ao des- tas rodas. Nos resultados apresentados o controlador ´e capaz de orientar as rodas castor
e, assim, diminuir o impacto delas nos movimentos da cadeira.
Para n˜ao precisar adicionar mais um sensor para medir a posi¸c˜ao das rodas castor, pode ser implementado um estimador de estado para estas rodas. Em Chenier e Aissaoui (2011) os autores descrevem o desenvolvimento de um estimador da posi¸c˜ao angular das rodas castor baseado apenas nas velocidades das rodas traseiras. Os autores mostram que a estabilidade desse estimador depende das rodas dianteiras estarem sempre rodando para frente, caso contr´ario o estimador pode divergir. Nos testes executados com diferentes pesos sobre a cadeira, em diferentes pisos e com movimentos que sempre levam as rodas castor a se movimentarem para frente, mostrou-se a efici^encia do estimador que em 95% do tempo consegue manter um erro de at´e 5%.
M´etodos mais completos que levam em considera¸c˜ao o modelo din^amico de um ve´ıculo para neutralizar perturba¸c˜oes e fazer com que a cadeira siga uma trajet´oria s˜ao descritos em Martins et al. (2008), Cruz et al. (2010). Nesses dois artigos controladores adaptativos s˜ao utilizados para efetuar o controle de trajet´oria de ve´ıculos tentando ao m´aximo minimizar os efeitos de poss´ıveis perturba¸c˜oes, como o desalinhamento das rodas dianteiras ou o deslocamento do centro de gravidade da cadeira. Em Martins et al. (2008) um controlador adaptativo ´e implementado para um rob^o m´ovel com duas rodas motrizes dianteiras e uma roda castor traseira. O controlador ´e composto de um controlador de cinem´atica ligado em cascata com um controlador de din^amica, que por sua vez ´e ali- mentado pelo controlador adaptativo que faz os ajustes dos par^ametros selecionados. J´a em Cruz et al. (2010) aplica-se um controlador semelhante para uma cadeira de rodas composta de duas rodas motrizes traseiras e duas rodas castor dianteiras. Nesse trabalho os autores linearizam o modelo din^amico atrav´es de t´ecnicas de realimenta¸c˜ao lineariza- das (feedback linearization techniques) (CRUZ et al., 2010) e um filtro ´e acoplado para se obter uma equa¸c˜ao de malha fechada e, assim, projetar-se o controlador adaptativo. Ao contr´ario de Martins et al. (2008) n˜ao s˜ao necess´arios dois controladores, um cinem´atico e um din^amico, apenas um controlador ´e projetado. Em ambos os trabalhos trajet´orias como c´ırculo e em forma de oito s˜ao executadas e mostram a efici^encia dos controladores implementados.
T´ecnicas de controle n˜ao linear como Sliding Mode reportadas em Corradini e Or- lando (2001) s˜ao usadas para auxiliar o controle de rob^os pois geralmente n˜ao s˜ao sens´ıveis a mudan¸ca de par^ametros ou perturba¸c˜oes no sistema. Nesse trabalho ´e desenvolvido um controlador do tipo Sliding Mode para rob^os m´oveis e s˜ao apresentados resultados sa- tisfat´orios para o rastreamento de trajet´orias. J´a em Chen et al. (2009) um controlador adaptativo ´e usado para encontrar as incertezas do modelo din^amico do rob^o e alimentar o controlador Sliding Mode. Tal controlador, chamado de ASMDC (Adaptive Sliding Mode
Dynamic Controler ), ´e comparado com um controlador Sliding Mode puro, ou SMDC
controladores n˜ao s˜ao expressivas, mas quando s˜ao comparados para um rob^o m´ovel real as vantagens do controlador ASMDC ficam evidentes.
A utiliza¸c˜ao de controladores do tipo Sliding Mode em cadeiras de rodas motori- zadas s˜ao pouco presentes na literatura e o principal trabalho ´e descrito em Nguyen et al. (2008) que utiliza redes neurais em conjunto com o controlador. O modelo da cadeira de rodas ´e decomposto em dois sistemas multivari´aveis independentes e ent˜ao um Neuro Sliding Mode Multivariate Controller ´e usado. Inicialmente uma etapa de treinamento da rede neural ´e executada e os pesos da rede s˜ao encontrados. Em seguida um teste para uma trajet´oria circular ´e executado e mostra que o controlador consegue atingir o set- point de velocidade em 2, 5s sem overshoot. Em um segundo teste a cadeira deve rastrear uma linha reta em duas superf´ıcies diferentes, carpete e madeira, e sofrendo perturba¸c˜oes externas durante o percurso. Ao final do experimento as velocidades permanecem imunes `
as perturba¸c˜oes, mostrando assim a efic´acia do controlador.
Outro tipo de controlador citado na literatura ´e o controlador que usa como entrada a for¸ca aplicada ao empurrar a cadeira e a partir desta for¸ca o controlador altera a velocidade da cadeira (TSAI; HSUEH, 2013; OH; HORI, 2008). Esse controlador ´e usado para auxiliar pessoas a empurrar cadeira de rodas minimizando o esfor¸co necess´ario para tal.