Projeto e síntese de um mecanismo de quatro barras com vista ao desenvolvimento de um dispositivo de reabilitação da marcha humana

Abstract

Durante muitos anos o conceito de reabilitação centrou-se em maximizar as funções motoras não afetadas, levando os pacientes a usar os seus restantes meios de uma forma compensatória. Recentemente verificou-se que movimentos repetitivos orientados para uma tarefa podem melhorar a força muscular e a coordenação de movimentos em doentes com limitações neurológicas ou ortopédicas severas. A fisioterapia tradicional é fisicamente exigente e laboriosa para o terapeuta, dispendiosa e pode apresentar variabilidade indesejada nos ciclos de movimentos praticados dentro de cada exercício ou entre sessões. O uso de dispositivos mecânicos e robóticos de treino permitem maior repetibilidade, maior número de ciclos realizados, sessões mais longas e diminuem a exaustão física do terapeuta que desse modo se pode concentrar em tarefas avaliativas de desempenho. Como apenas necessita de um terapeuta, também baixa os custos económicos para o doente. Porém, os sistemas robóticos tradicionais denotam custo e complexidade elevados, estando apenas disponíveis para grandes centros de reabilitação. O mecanismo de quatro barras é o um dos sistemas articulados mais populares, encontrando-se nos mais diversos dispositivos mecânicos. É um mecanismo de construção simples e de baixo custo, versátil a nível de aplicações e das relações que apresenta entre o movimento de entrada e saída, apenas necessita de um atuador para realizar o movimento e está descrito na literatura de forma extensa. Este trabalho propõe o projeto de um dispositivo, de baixo custo, baixa complexidade e elevada adaptabilidade, que permita a reabilitação da marcha humana. Pretende-se estabelecer uma metodologia para a síntese de um mecanismo de quatro barras, que possa ser utilizado para simular a trajetória do tornozelo no plano sagital, com vista à reabilitação dos pacientes.

For many years, the rehabilitation concept focused on maximizing the functions which were not affected by the event that created the disability by using the remaining means in a compensatory fashion. More recent approaches showed that oriented repetitive motions could improve muscle strength and movement coordination in patients suffering from acute neurological or orthopedic conditions. Traditional physiotherapy is demanding and laborious on the therapist; costly and may present unwanted variability in the trained movement cycles between exercises and sessions. The use of mechanical and robotic training devices allows for greater movement repeatability, a greater number of realized movement cycles, longer sessions and decreases the therapist physical exhaustion which may now concentrate on evaluative tasks. As it requires only one therapist, it lowers the economic costs for the patient. However these devices are expensive and require complex maintenance and operating, making them only available for high-end rehabilitation centers. The four bar linkage is the most popular of the articulate systems and may be found in various mechanical applications and devices. It’s low cost, easy to build, versatile, presents a great variety of relations between the entry and exit movement, only needs one actuator and is described in great extent in related literature. This work proposes the design of a device of low cost and complexity, as well as high adaptability which allows for human gait rehabilitation. One intends to establish a method for the synthesis of a four bar linkage which is to be used in a device to simulate the ankle trajectory in the sagittal plane.