Simulação e Resultados

Inicialmente foram gerados gráficos obtidos através da simulação correspondente ao comportamento Swing, Lift e Climb ajustados para replicar um padrão de marcha normal (através dos parâmetros apresentados anteriormente). As Figuras 5.2 e 5.3 apresentam estes resultados.

Figura 5.2: Sinais dos comportamentos Swing, Lift e Climb para a junta do quadril e o sinal composto pela sobreposição dos comportamentos.

Também são exibidos os resultados da sobreposição destes sinais, que corresponde ao padrão de marcha artificial emergente a ser enviado aos atuadores nas articulações do quadril e do joelho.

Figura 5.3: Sinais dos comportamentos Swing, Lift e Climb para a junta do joelho e o sinal composto pela sobreposição dos comportamentos.

É possível observar que os padrões de marcha gerados apresentam similaridades em sua forma e amplitude com o padrão de marcha biomecânico apresentado nos capítulos anteriores deste trabalho (Fig. 5.4).

Os próximos resultados apresentam a trajetória dos pés (Fig. 5.5), obtidas a partir da aplicação dos perfis de marcha artificial e biomecânico ao modelo cinemático da perna com referência na articulação do quadril e supondo um indivíduo de 1,70 m. Estes gráficos mostram que a trajetória gerada pelo padrão artificial de marcha é coerente com a trajetória gerada por padrões biomecânicos, possuindo formas e amplitudes similares.

Figura 5.5: Trajetórias artificial e biomecânica (literatura) do pé em relação a um referencial móvel situado na junta do quadril.

Apesar das similares, é possível ainda notar algumas pequenas diferenças entre os gráficos gerados para o perfil de marcha biomecânica e para o perfil de marcha artificial. Isto ocorre devido a imprecisões no processo de escolha dos parâmetros de geração de marcha (Tabela 5.1). Algumas destas diferenças também são observáveis na animação da cinemática.

Os padrões de marcha biomecânica (Fig. 5.6) e artificial (Fig. 5.7) também foram aplicados ao modelo cinemático das duas pernas com referência no sistema inercial.

Figura 5.6: Trajetórias biomecânicas dos pés em relação ao referencial inercial.

Os gráficos das trajetórias dos pés no sistema inercial (Fig. 5.6 e Fig. 5.7) mostram deslocamentos similares entre si em termos de forma e amplitude no espaço cartesiano, descrevendo movimentos condizentes com passos.

Além da geração da marcha artificial no plano horizontal, também foram verificadas configurações de parâmetros para geração da marcha em subida, da marcha em descida e da marcha horizontal com desvio de obstáculo. Os parâmetros utilizados se encontram nos apêndices deste trabalho e o movimento gerado pode ser visualizado juntamente com o movimento da marcha normal horizontal através da animação (Fig 5.8) disponível no endereço <https://youtu.be/C3MQh_qeuYM>. Apesar de não serem usados sinais de referência biomecânica para comparação dos perfis modificados, as animações exibem movimentos visivelmente similares às marchas adaptadas descritas.

Figura 5.8: Animação gerada (vídeo).

Os ajustes foram realizados tendo-se em mente que cada comportamento se relaciona a um aspecto da trajetória dos pés. O comportamento Swing modula o comprimento da passada, o comportamento Lift modula o levantamento da perna para desvio de obstáculos, o comportamento Climb modula a altura da perna em balanço para que ela toque o solo no próximo passo.

Figura 5.9: Comparação entre os diferentes perfis de marcha gerados (Quadril).

Os gráficos comparativos dos diferentes perfis de marcha gerados são apresentados nas Fig. 5.9 e Fig. 5.10.

Figura 5.10: Comparação entre os diferentes perfis de marcha gerados (Joelho).

Para gerar a marcha em subida (Fig. 5.11) foram aumentadas as amplitudes dos comportamentos Lift e Climb, fazendo com que o perfil de marcha gerado sofra distorções similares às observadas no padrão de marcha biomecânica em subida.

Figura 5.11: Trajetória artificial (subida em terreno inclinado) do pé em relação a um referencial móvel situado na junta do quadril.

Isto ocorre porque, conforme a angulação da subida aumenta, aumenta também a amplitude dos ângulos articulares no período entre o contato inicial do calcanhar (início da fase de apoio) e o desprendimento do pé apoiado (final da fase de apoio) (LEROUX et al, 2002), o que significa que este padrão biomecânico modificado da marcha apresenta um contato inicial de calcanhar mais alto (característica relacionada ao comportamento Climb) e uma maior elevação do pé ao se romper o contato com o solo (característica relacionada ao comportamento Lift).

Figura 5.12: Trajetória artificial (descida em terreno inclinado) do pé em relação a um referencial móvel situado na junta do quadril.

A geração da marcha em descida (Fig. 5.12) foi obtida por meio da redução da amplitude do comportamento Swing e do aumento da defasagem do comportamento Climb. A escolha pela redução da amplitude do comportamento Swing se deu devido a gradual redução do comprimento da passada conforme aumenta a angulação da descida (LEROUX et al, 2002). O aumento da defasagem do comportamento Climb provocou um deslocamento de cerca de meio ciclo nesse sinal, o que significa que o movimento correspondente ao comportamento Climb estaria agora ocorrendo próximo ao final da fase de apoio. Essa mudança leva à flexão da perna de apoio no intuito de permitir que a perna em balanço alcance o solo mais abaixo e realize com sucesso o contato do calcanhar.

Figura 5.13: Trajetórias artificial com obstáculo e biomecânica sem obstáculo (literatura) do pé em relação a um referencial móvel situado na junta do quadril.

A marcha horizontal com desvio de obstáculo (Fig. 5.13) foi realizada através do aumento da amplitude do comportamento Lift. Essa mudança faz com que a perna se flexione mais durante o balanço, elevando o pé acima de possíveis obstáculos.

Os parâmetros utilizados para as marchas modificadas em subida, em descida e horizontal com obstáculos se encontram no Apêndice D, ao final deste trabalho.