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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTOS ACADÊMICOS DE ELETRÔNICA E MECÂNICA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
DHERYCK SCHWENDLER CABEDA DIEGO TONEL
DESENVOLVIMENTO DE UMA CADEIRA POSTURAL
AUTOMATIZADA EM AUXÍLIO À FISIOTERAPIA DE CRIANÇAS COM TETRAPLEGIA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA 2015
DHERYCK SCHWENDLER CABEDA DIEGO TONEL
DESENVOLVIMENTO DE UMA CADEIRA POSTURAL
AUTOMATIZADA EM AUXÍLIO À FISIOTERAPIA DE CRIANÇAS COM TETRAPLEGIA
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, apresentado à disciplina de Trabalho de Diplomação, do Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, dos departamentos acadêmicos de Eletrônica - DAELN e Mecânica - DAMEC, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, como requisito parcial para obtenção do título de tecnólogo. Orientador: Francisco Godke Coorientador: Ubiradir Mendes Pinto
CURITIBA
2015
DHERYCK SCHWENDLER CABEDA DIEGO TONEL
DESENVOLVIMENTO DE UMA CADEIRA POSTURAL AUTOMATIZADA EM AUXÍLIO À FISIOTERAPIA DE CRIANÇAS COM TETRAPLEGIA
Este trabalho de conclusão de curso foi apresentado no dia 26 de novembro
de 2015, como requisito parcial para obtenção do título de Tecnólogo em Mecatrônica Industrial, outorgado pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Os alunos foram arguidos pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
______________________________
Prof. Dr. Milton Luís Poli Coordenador de Curso
Departamento Acadêmico de Mecânica
______________________________ Prof. Esp. Sergio Moribe
Responsável pela Atividade de Trabalho de Conclusão de Curso Departamento Acadêmico de Eletrônica
BANCA EXAMINADORA _________________________________
Prof. M.Sc. Sidney Carlos Gasoto UTFPR
_________________________________ Prof. Dr. Francisco Gödke Orientador
_________________________________ Prof. Esp. Sérgio Luiz Bazan de Paula UTFPR
_________________________________ Prof. Ubiradir Mendes Pinto Coorientador
“ O Termo de Aprovação assinado encontra-se na Coordenação do Curso”
AGRADECIMENTOS
Agradecemos às nossas famílias pelo apoio e incentivo durante todo esse período, nos dando forças nos bons momentos e também nos mais difíceis. Aos professores orientadores Francisco Gödke e Ubiradir Mendes pela oportunidade de realizar esse projeto e por todo suporte prestado durante sua execução.
Agradecemos também ao professor Mario Tesk e todo o pessoal do setor de fabricação pela ajuda fornecida através de disponibilização de materiais e fabricação de peças específicas. Ao pessoal do almoxarifado do DAELN, Clovis e Linconl, pelos recursos, suporte e espaço oferecidos, que nos ajudaram na conclusão do projeto.
Aos departamentos que compõem a base do nosso curso, DAELN e DAMEC, pelo fornecimento de recurso, que alavancaram o desenvolvimento do nosso projeto. E por último, mas não menos importante, agradecemos a instituição E.R.C.E por conceder o tempo de seus profissionais para cederem informações que contribuíram para a pesquisa e por nos permitirem ter acesso aos pacientes que testariam o produto.
RESUMO
CABEDA, Dheryck S; TONEL, Diego. Desenvolvimento de uma cadeira postural automatizada em auxílio à fisioterapia de crianças com tetraplegia. 2015. 119f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial), Departamentos Acadêmicos de Eletrônica e Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2015.
Pessoas com lesão medular (paraplegia ou tetraplegia) necessitam realizar exercícios diários de fisioterapia, para receberem estímulos no corpo para a prevenção de escaras, encurtamentos musculares e a rigidez articular. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo de uma cadeira postural automatizada para auxílio na reabilitação de crianças com paralisia cerebral e tetraplegia. A estrutura da cadeira foi desenvolvida em canos de PVC, para proporcionar baixo custo e leveza, e integrada com chapas de madeiras que constituem a estrutura de assento e encostos. Para automatizar o sistema foram utilizados um atuador elétrico linear de 24V integrado com um sensor de corrente e uma placa de acionamento, controlados pelo microcontrolador Arduino Uno. Para a interface com o usuário, foi desenvolvido um controle com botões que acessam facilmente as funções do sistema. Para verificar a funcionalidade da cadeira, ela foi utilizada por uma instituição que atende crianças com deficiência. Através dos resultados obtidos nos testes, foi verificado que a cadeira proporcionou aos seus usuários além do fortalecimento muscular, uma melhora postural o que possibilitou, segundo profissionais de saúde que avaliaram o equipamento, que o mesmo atuasse também na prevenção de eventuais deformidades. Palavras chaves: Cadeira automatizada. Paralisia cerebral. Baixo custo. Microcontrolador Arduino.
ABSTRACT
CABEDA, Dheryck S; Tonel, DIEGo. Development of a chair with exchange of automatic position for aid of children with quadriplegia 2015. 119f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial), Departamentos Acadêmicos de Eletrônica e Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2015.
People with spinal cord injury (paraplegia or quadriplegia) need to perform daily exercises of physiotherapy, to receive stimuli in the body to prevent bed sores, muscle shortening and joint stiffness. This work presents the development of a prototype of an automated postural chair to help children with cerebral palsy and quadriplegia performing daily exercises. The structure of the chair is designed in PVC pipes to provide low cost and light weight, and integrated with wood sheets which constitute the seat frame and seat backs. To automate the system we used an integrated 24V electric linear actuator with a current sensor and a drive plate, controlled by the microcontroller Arduino Uno. For the user interface, we developed a control with buttons to easily access the system functions. To check the functionality of the chair, it was used by an institution that serves children with various disabilities, which can be tested with their students. Through the test results, it was found that the chair provides greater efficiency in exercises performed and also the work of professionals, which can be confirmed in a survey conducted with them.
Key words: Automated chair. Cerebral palsy. Low cost. Arduino microcontroller.
LISTA DE FIGURAS Figura 1- Prancha Ortostática ..................................................................................... 9 Figura 2 - Stand In Table ........................................................................................... 10 Figura 3 - Disposição dos segmentos na coluna ....................................................... 18
Figura 4 - Exercícios e atividades cotidianas ............................................................ 22 Figura 5 - Atividade de alongamento e estimulo ....................................................... 23 Figura 6 - Posicionamento sentado ........................................................................... 23 Figura 7 - Atividades de hidroterapia ......................................................................... 25 Figura 8 - Cadeira Ortostática ................................................................................... 26
Figura 9 - Sistema de controle em malha fechada .................................................... 27
Figura 10 - Prótese de perna com movimento natural .............................................. 28
Figura 11 - Cadeirante fazendo uso de uma plataforma ........................................... 28 Figura 12 - Instituição E.R.C.E. de Campo Largo. .................................................... 32 Figura 13 - Prancha Ortostática (a) e cadeira postural (b) desenvolvidas pelos alunos do DAMEC. ............................................................................................................... 33
Figura 14 - Posição Sentada (esquerda) e posição ereta (direita) ............................ 34 Figura 15 - Ponto A ................................................................................................... 35 Figura 16 - Ângulo e deslocamento do assento. ....................................................... 36
Figura 17 - Ponto C ................................................................................................... 37 Figura 18 – Esboço da cadeira, visão em perspectiva (a) e visão lateral (b) ............ 38
Figura 19 - Cadeira Ágile em alumínio aeronáutico(A); Cadeira ULX reclinável em alumínio aeronáutico temperado(B). ......................................................................... 39
Figura 20 - Estrutura da cadeira montada com componentes de PVC. .................... 40 Figura 21 - Diagrama de blocos do Hardware ........................................................... 41 Figura 22 - Fonte Universal utilizada na alimentação do sistema ............................. 42
Figura 23 - Microcontrolador Arduíno UNO ............................................................... 42 Figura 24 - Relé 8 pinos ............................................................................................ 43
Figura 25 - Sensor de corrente ACS712 ................................................................... 43 Figura 26 - Algoritmo A, utilizado nos testes iniciais e como base para o desenvolvimento dos demais algoritmos ................................................................... 44 Figura 27 - Algoritmo B, utilizado no modo manual ................................................... 45 Figura 28 - Esquemático da medição do sensor interno do atuador. ........................ 46
Figura 29 – Potenciômetro ........................................................................................ 47
Figura 30 - Algoritmo C, utilizado no modo automático ............................................. 47 Figura 31 - Chave ...................................................................................................... 48 Figura 32 - Algoritmo definitivo construído com base nos algoritmos B e C ............. 48
Figura 33 - Controle do usuário ................................................................................. 49 Figura 34 - Hardware completo do circuito impresso ................................................ 50 Figura 35 - Cadeira finalizada e integrada com o hardware ...................................... 51 Figura 36 - Crianças da ERCE utilizando a cadeira .................................................. 53 Figura 37 - Estrutura da cadeira ................................................................................ 59
Figura 38 - Mancal inferior do motor ......................................................................... 60 Figura 39 - Vista 3D do motor ................................................................................... 60 Figura 40 - Vista 2D do motor ................................................................................... 61 Figura 41 - Acoplamento superior do motor .............................................................. 61
Figura 42 - Apoio de costas....................................................................................... 62 Figura 43 - Assento ................................................................................................... 63 Figura 44 - Encosto de pernas .................................................................................. 63
Figura 45 - Apoio de pés ........................................................................................... 64
Figura 46 - Encosto ................................................................................................... 65 Figura 47 - Adutor ..................................................................................................... 65 Figura 48 - Assento de espuma ................................................................................ 66 Figura 49 - Alça ......................................................................................................... 67 Figura 50 - Dobradiças .............................................................................................. 68
Figura 51 - Estruturas conectadas através das dobradiças ...................................... 68 Figura 52 - Esboço do motor acoplado no mancal e acoplamento superior .............. 69 Figura 53 - Fixador .................................................................................................... 69 Figura 54 - Estrutura montada com a parte móvel .................................................... 70 Figura 55 - cadeira integrada com o motor ............................................................... 70
Figura 56 - Esboço da cadeira estofada .................................................................... 71
Figura 57 - Esquema de ligação dos botões do controle do operador ...................... 72
Figura 58 - Esquema de ligação do potenciômetro do controle do operador ............ 73 Figura 59 - Esquema de ligação da chave do controle do operador ......................... 73 Figura 60 - Ligação da placa de acionamento com o sensor e o motor .................... 74 Figura 61 - Esquema do circuito reguladfor de tensão .............................................. 75
Figura 62 - Esquema de todo o circuito do projeto .................................................... 76 Figura 63 - Esquemático do circuito desenvolvido no Eagle ..................................... 76 Figura 64 - Layout do circuito impresso gerado no Eagle ......................................... 77
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 9 1.1 PROBLEMA ...................................................................................................... 10 1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 11 1.3 OBJETIVOS ...................................................................................................... 12
1.3.1 Objetivo Geral ................................................................................................... 12 1.3.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 12 1.4 METODOLOGIA DO TRABALHO ................................................................... 12 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 14 2.1 PARALISIA CEREBRAL ................................................................................... 14
2.1.1 Paralisia Cerebral Espástica ............................................................................. 14 2.1.2 Paralisia Cerebral Atáxica ................................................................................. 14 2.1.3 Sintomas da Paralisia Cerebral......................................................................... 15 2.2 TETRAPLEGIA ................................................................................................. 17 2.3 TRATAMENTOS ............................................................................................... 19 2.3.1 Neuropediatria .............................................................................................................. 20 2.3.2 Cirurgia Ortopédica ...................................................................................................... 20 2.3.3 Neurocirurgia ................................................................................................................. 21 2.3.4 Fisioterapia .................................................................................................................... 21 2.4 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ....................................................................... 25 2.4.1 Prancha Ortostática .......................................................................................... 26 2.4.2 Cadeira Ortostática ........................................................................................... 26 2.5 AUTOMAÇÃO E TECNOLOGIA ASSISTIVA .................................................... 27 2.6 HARDWARE ..................................................................................................... 29 2.6.1 Microcontroladores ........................................................................................... 29 2.6.2 Arduíno ............................................................................................................. 29 2.6.3 Arduíno Uno ...................................................................................................... 30 2.7 LINGUAGEM C ................................................................................................. 30 3 DESENVOLVIMENTO .......................................................................................... 32 3.1 PESQUISA DE CAMPO .................................................................................... 32
3.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DA CADEIRA ....................................... 34 3.3 MATERIAL UTILIZADO NA ESTRUTURA........................................................ 38 3.4 DESENVOLVIMENTO DA ESTRUTURA ......................................................... 39
3.5 DESENVOLVIMENTO DO HARDWARE E SOFTWARE DE ACIONAMENTO 41
3.6 INTEGRAÇÃO DA PARTE MECÂNICA E ELETRÔNICA ................................ 50
4 DESENVOLVIMENTO DO MANUAL DE UTILIZAÇÃO DA CADEIRA ............... 52 5 TESTES FINAIS ................................................................................................... 53
6 CUSTO DO DESENVOLVIMENTO ...................................................................... 54 7 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 55 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 57
APÊNDICE A – DESENHOS TÉCNICOS DA AUTOMATIZADA ............................. 59 APÊNDICE C – PESQUISAS REALIZADAS COM PROFISSIONAIS CLÍNICOS DA E.R.C.E ................................................................................................................... 113 ANEXO A – INFORMARÇÕES TÉCNICAS DO MOTOR ....................................... 119
9
1 INTRODUÇÃO
Ao longo da história e da evolução da humanidade, foram incorporados à
medicina tecnologias assistivas que auxiliaram na melhoria da qualidade de vida e
também na reabilitação de pessoas com necessidades especiais. Um exemplo de
tais tecnologias são os membros mecânicos, para aqueles que perderam seus
membros originais, e também dispositivos com comando de voz para pessoas que
não têm a capacidade de digitar.
Em se tratando de pessoas com lesão medular (paraplegia ou tetraplegia), a
situação não é diferente. Essas pessoas necessitam de tratamentos especializados
que vão desde acompanhamento por uma equipe interdisciplinar, formada por
fisioterapeuta, nutricionista, psicólogo e fonoaudiólogo, até exercícios diários de
fisioterapia. Através desses é que são feitos os estímulos do corpo da pessoa e se
fazem a prevenção de escaras, encurtamentos musculares e a rigidez articular.
Nesse contexto de exercícios fisioterapêuticos e estímulo do corpo, se fazem
necessários equipamentos e tecnologias para dar suporte tanto aos especialistas
que irão acompanhar o processo, como à pessoa lesionada. Um exemplo de
equipamento bastante utilizado é a Prancha Ortostática, Figura 1, que permite que a
pessoa fique na posição ereta.
Figura 1- Prancha Ortostática Fonte: CARCI (2015).
Outro equipamento para essa finalidade é o Stand-in-table, Figura 2, que
faz com que a pessoa fique na posição ereta, porém sempre em um ângulo de
inclinação de 90º que corresponde à posição vertical.
10
Figura 2 - Stand In Table Fonte: Cajumoro (2015).
Um equipamento que pudesse prender a pessoa e realizasse as alterações
de posições, da sentada para a posição ereta, seria o ideal para a fisioterapia, uma
vez que auxiliaria na movimentação do corpo e das articulações, realizando parte
dos exercícios citados anteriormente, e dispensaria a troca constante da pessoa da
cadeira para prancha e vice-versa.
1.1 PROBLEMA
Entre os principais exercícios de fisioterapia realizados em pacientes
tetraplégicos, se encontram os exercícios manuais que são os de alongamento e
mobilização das articulações para evitar encurtamentos e deformidades e os
exercícios terapêuticos que possuem a finalidade de transferências posturais,
fortalecimento dos músculos e destreza na troca de posições.
É nesses exercícios que o uso de equipamentos como pranchas ortostáticas
se faz necessário. Entretanto, a utilização desses esbarra em alguns obstáculos tais
como a dificuldade de troca de posição do paciente e transferência do mesmo de um
equipamento para outro, bem como o custo dos aparelhos que podem superar a
margem de R$ 3000.00, tendo alguns que chegam a R$ 8000,00.
11
O problema principal, então, se resume em desenvolver um protótipo de
equipamento que tenha o menor custo e uma eletrônica simples (para a automação
e controle) sem a necessidade de motores de grande porte ou sistemas de controle
mais sofisticado. Ao mesmo tempo o equipamento deve permitir a posição sentada e
também ereta do paciente, com troca automática de posição, de modo a garantir a
movimentação constante das articulações sem que seja preciso um profissional que
fique mudando manualmente a posição ou que fique trocando a criança de
equipamento em equipamento.
1.2 JUSTIFICATIVA
O trabalho tem por fim unir as vantagens de uma cadeira de repouso com as
de uma prancha ortostática em um único equipamento, algo que não está disponível
no mercado a baixo custo ainda. Assim, o usuário da cadeira, além de poder utilizá-
la como uma cadeira normal, terá também uma movimentação constante do corpo,
uma vez que a cadeira irá, automaticamente, alternar entre posições, contribuindo
assim para a parte dos exercícios fisioterapêuticos.
Com a automatização do sistema, o profissional de saúde que acompanha a
criança tetraplégica também será beneficiado, pois a troca automática de posições
irá poupar o profissional de ter que transferir a criança de um equipamento para
outro, tendo em vista que muitas vezes um único profissional cuida de várias
crianças, tendo assim uma economia significativa de tempo e esforço.
Além disso, os equipamentos possuem preços que são inviáveis para que as
famílias das crianças os tenham em casa. O trabalho tem como objetivo desenvolver
um produto de baixo custo e baixa mecanização. Assim, o projeto não só irá auxiliar
as famílias das crianças, que poderão ter o equipamento em casa, como também
hospitais, centros de tratamento, instituições, dentre outras, que poderão ter uma
gama de equipamentos para auxiliar várias crianças ao mesmo tempo.
A partir de estudos e o uso da automação em tecnologia assistiva, se conclui
que o projeto irá apresentar um produto mais acessível, que não sirva apenas para
manter a criança fixa, mas também para auxiliar tanto ela como o profissional de
12
saúde nos exercícios de movimentação, ou seja, algo diferente do que se tem
disponível hoje.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
Desenvolver uma cadeira postural automatizada que sirva também como
prancha ortostática.
1.3.2 Objetivos Específicos
Pesquisar o assunto com profissionais de saúde que atendam essas
crianças, para adquirir maior noção sobre o procedimento realizado nos exercícios.
Desenvolver o protótipo da cadeira.
Desenvolver o acionamento da cadeira.
Desenvolver um manual de operação da cadeira.
1.4 METODOLOGIA DO TRABALHO
Dada à multidisciplinaridade do trabalho, foram estabelecidas etapas para o
desenvolvimento do mesmo:
Etapa 1: Realizar uma pesquisa com os profissionais de saúde para a
obtenção de dados acerca dos tipos de exercícios que são realizados rotineiramente
com esse tipo de criança, como são os movimentos e a frequência com que são
realizados. Também deverão ser identificados a altura e peso médios das crianças
que são tratadas por esses profissionais.
13
Etapa 2: Utilizar os dados da etapa anterior como base para desenvolver o
projeto da cadeira.
Etapa 3: Usar dados obtidos na etapa 1 e 2 para pesquisar um material que
possa ser utilizado na construção da estrutura mecânica da cadeira.
Etapa 4: Montar a estrutura mecânica da cadeira seguindo os parâmetros já
definidos anteriormente.
Etapa 5: Desenvolver o hardware de acionamento da cadeira.
Etapa 6: Integrar as partes mecânica e eletrônica.
Etapa 7: Fazer os testes e ajustes necessários.
Etapa 8: Desenvolver o manual de utilização da cadeira
14
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 PARALISIA CEREBRAL
Em geral, a paralisia cerebral (PC) pode ser descrita como uma disfunção da
movimentação causada por uma lesão no cérebro. Na maioria das crianças, a PC
surge nos primeiros meses da gestação e, como o cérebro comanda diversas
funções do corpo, pode causar desde pequenas alterações nos movimentos, como
dificuldade de realizá-los e movimentos involuntários, até a paralisação total dos
membros (tetraplegia), bem como dificuldade para segurar objetos ou falar. Existem
dois tipos básicos de PC: a Espástica e a Atáxica (REDE SARAH, 2014).
2.1.1 Paralisia Cerebral Espástica
Segundo a Rede Sarah (2014), quando a lesão ocorre na área do Trato
Piramidal, responsável pelos movimentos voluntários, que é uma sequencia de
neurônios que ligam o córtex cerebral e a medula espinal. Causa um aumento de
tensão nos músculos, podendo gerar envolvimento dos braços, pernas, tronco e
cabeça dando origem à tetraplegia espástica. Um dos sintomas é a deformidade
articular nos músculos que se desenvolvem de uma maneira irregular como flexão e
rotação dos quadris, joelhos e tornozelos.
2.1.2 Paralisia Cerebral Atáxica
É decorrente de lesões no cerebelo que é responsável por manter o
equilíbrio do corpo. Assim, as crianças atingidas por esse tipo de PC tendem a ter
dificuldades em se movimentar sozinhas, muitas vezes precisando do auxílio de
algum equipamento pelo resto da vida, de realizar movimentos rápidos e alternados
15
bem como dificuldade para acertar um alvo – como apertar um botão, por exemplo
(REDE SARAH, 2014).
2.1.3 Sintomas da Paralisia Cerebral
Segundo Leitão (1971), os principais sintomas da paralisia cerebral se
manifestam através de:
a. Perturbações motoras
b. Perturbações sensoriais
c. Perturbações da fala
d. Alterações mentais
2.1.3.1 Perturbações Motoras
De acordo com Leitão (1971), as perturbações motoras se manifestam
através de espasticidade, movimentos involuntários e atonia e em geral são os
primeiros sintomas a serem detectados. A espasticidade, um dos sintomas mais
comuns, é verificada através de alterações no tônus muscular.
Observações clínicas revelam, com frequência, sinais de hipertonia muscular
durante tentativas de mobilizar os pacientes, constatados através de resistência ao
movimento proposto. Além dessas, há outras características mais fáceis de detectar
tais como impossibilidade de espernear, dificuldade para movimentar a cabeça,
incapacidade para sentar, aumento anormal de movimentos involuntários e também
problemas atáxicos onde a criança tem dificuldades para se equilibrar (LEITÃO,
1971).
16
2.1.3.2 Perturbações Sensoriais
Em geral, as lesões cerebrais se assentam sobre o cerebelo e mesencéfalo
que são regiões que controlam o equilíbrio, centros da audição, visão e olfato. Cerca
de 50% das crianças que sofrem de lesão cerebral sofrem também de problemas de
visão (LEITÃO, 1971).
Segundo Leitão (1971), entre as deficiências visuais encontram-se:
estrabismo convergente ou divergente, ambliopia e paralisia dos músculos
orbiculares. Já as perturbações auditivas mais comumente encontradas são:
hipoacústica e a surdez completa.
2.1.3.3 Perturbações da fala
As perturbações da fala podem variar desde um retardo simples até a mudez
completa, em casos graves. Podem ocorrer ainda a disartria, a gagueira e os
transtornos de tonalidade. Nos espásticos, é comum encontrar pacientes com perda
de suavidade e do ritmo na linguagem, articulação deficiente das palavras, perda de
inflexão, entonação, volume da voz e presença de sons inadequados ou distorcidos
(LEITÃO, 1971).
Ainda de acordo com Leitão (1971), as alterações da fala se devem
principalmente de lesões cerebrais que afetam músculos do tórax, do abdômen e da
laringe.
2.1.3.4 Alterações mentais
Crianças com paralisia cerebral apresentam os mesmos problemas
emocionais de crianças comuns como, por exemplo, roer unhas e chupar o dedo.
Entretanto, o comportamento das crianças portadoras de PC é caracterizado por um
17
acentuado e evidente descontrole emocional como hiperatividade, impulsividade,
problemas de atenção e irritabilidade (LEITÃO, 1971).
Estima-se que cerca de 75% das crianças com PC apresentam dificuldades
para se adaptar emocionalmente. Um dos problemas que agravam as alterações
mentais é a relação entre a criança e sua família ou pessoas que mantém contato
com ela. A falta de conhecimento e também de habilidade faz com que familiares e
amigos, ao tentarem ajudar, acabem prejudicando a criança e provocam o
agravamento de sintomas gerando sérias perturbações no comportamento (LEITÃO,
1971).
2.2 TETRAPLEGIA
A medula espinhal, de acordo com a Rede Sarah (2014), é formada por
neurônios e suas extensões, as quais são chamadas de axônios, e também é
dividida em segmentos, conforme demonstrado na Figura 3. Na medula cervical
estão os segmentos C1 a C8 que controlam a sensibilidade e movimento dos
membros superiores. T1 a T12 são os segmentos torácicos e controlam o tórax e
abdômen. A sensibilidade e movimentação dos membros inferiores são ligadas aos
segmentos lombares L1 a L5. E os segmentos sacrais, por fim, estão relacionados
aos órgãos genitais e funcionamento da bexiga e intestino.
18
Figura 3 - Disposição dos segmentos na coluna Fonte: Rede Sarah (2015).
Assim, pode-se concluir que a tetraplegia decorre de uma lesão na medula
espinhal de modo a interromper toda a passagem de sinais motores e sensoriais
para as periferias do corpo e vice-versa. Desse modo, há perda não só das funções
motoras abaixo da lesão, como também de sensações de dor, tato, temperatura e
dos membros (não sentem os braços e pernas) e também do controle das
necessidades fisiológicas (urinária e fecal). A tetraplegia, segundo o Guia do
fisioterapeuta (2011), pode ser dividida em níveis que são classificados de acordo
com a natureza da lesão.
19
Nível C1-C3: Lesão total. Nesse caso o indivíduo possui apenas o
movimento da cabeça e pescoço.
Nível C4: Possuem quase toda ou, em alguns casos, toda a inervação do
diafragma intacta sendo capazes de encolher os ombros. Porém, assim como
aqueles do nível C1-C3, precisam de auxílio para se locomover.
Nível C5: Conseguem fazer o movimento de flexão do cotovelo e, com a
ajuda de dispositivos especiais, podem até alcançar a independência alimentar e
higiênica.
Nível C6: É o nível mais alto de lesão medular completa em que o indivíduo
consegue obter independência funcional em tarefas como alimentação, higiene,
banho, cama – através de uma prancha de transferência. Possuí controle sobre
movimento da cabeça, pescoço, ombros, braços e pulsos.
Nível C7: Semelhante ao nível C6, mas a pessoa ainda consegue estender
os cotovelos. Podem vir a se tornar independentes, através de tecnologia assistiva,
na escrita e até usar computadores.
Nível C8: Nesse nível o lesionado já possui mais força e precisão na
movimentação dos dedos, garantindo-lhe mais funções manuais tais como
alimentação, higiene, vestir-se, tomar banho, atender telefone, digitação e usar
computadores – tudo de forma independente.
2.3 TRATAMENTOS
De acordo com Leitão (1971), o programa de tratamento deve ser traçado a
longo prazo e visa proporcionar à família da criança um alívio na ansiedade e
sensação de insegurança resultante do problema. Para a criança, o programa de
habilitação ou reabilitação proporciona uma realização física, emocional e
intelectual. Em resumo, proporciona a integração ou reintegração da criança na
sociedade. Entre os principais tipos de tratamentos encontram-se: Neuropediatria;
cirurgia ortopédica, neurocirurgia e medicina física (fisioterapia).
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2.3.1 Neuropediatria
Para Leitão (1971), a neuropediatria tem o objetivo de verificar a possível
existência de anomalias de qualquer espécie observando a coluna vertebral, os
membros superiores e inferiores, pé torto, abdômen e tórax, cabeça e boca, hérnia
umbilical, etc.
Ao especialista cabe o tratamento e controle de cólicas, funcionamento
intestinal, deficiências nutritivas, dentição, calcificação dos ossos, alimentação,
perturbações respiratórias e também a prevenção de convulsões (LEITÃO, 1971).
2.3.2 Cirurgia Ortopédica
Os processos de cirurgia ortopédica não possuem efeitos curativos. Sua
principal finalidade é corrigir as deformidades que foram se desenvolvendo. Em
razão de métodos fisioterapêuticos e neurofisiológicos desenvolvidos mais
recentemente, a cirurgia ortopédica ficou limitada aos casos em que as
deformidades não são redutíveis com a mera aplicação de exercícios ou quando há
uma limitação articular que se instala por causa de fortes contraturas (LEITÃO,
1971).
Os principais processos cirúrgicos ortopédicos empregados na PC são:
a. Alongamento do tendão de Aquiles – para correção do equinismo, que é
uma deformação no pé.
b. Alongamento ou tenotomia dos flexores do joelho – para corrigir a
deformidade em flexão do joelho.
c. Tenotomia dos adutores e neurectomia do nervo obturador – para
combater a marcha em tesoura.
d. Artrodese do pé – para corrigir varus e valgus, que são tipos de
deformidades nos ossos das pernas.
e. Processos cirúrgicos sobre os membros superiores – para corrigir a
adução do polegar e as deformidades em flexão do punho e cotovelo.
21
2.3.3 Neurocirurgia
A neurocirurgia atua diretamente sobre setores delicados da anatomia
cerebral e sobre a lesão propriamente dita. Um dos exemplos de resultados obtidos
com a neurocirurgia foi o controle das convulsões e hemiplegia infantil (LEITÃO,
1971).
2.3.4 Fisioterapia
A fisioterapia se preocupa na reabilitação dos movimentos, dentro do
possível, na prevenção de posteriores complicações, tais como perda de massa
muscular e aparecimento de escaras e úlceras, e também na reintegração do
paciente na sociedade. Entre os principais tipos de fisioterapia se encontram:
Cinesioterapia; Ortostatismo; Mecanoterapia, Hidroterapia e Exercícios de
fortalecimento, equilíbrio e posicionamento (FABRIS; BASTOS, 2008).
2.3.4.1 Cinesioterapia
Consiste em alongamentos e na movimentação passiva do paciente, desde
o momento do leito e se estende nas outras fases de reabilitação. Basicamente é a
movimentação dos membros do corpo de forma lenta e progressiva com o objetivo
de evitar deformidades, rigidez das articulações, perda de amplitude dos
movimentos e enfraquecimento dos mesmos. Os exercícios são feitos de forma
lenta para que se tenha uma progressão gradual, pois, do contrário, podem ocorrer
distensões musculares e fraturas (FABRIS; BASTOS, 2008).
O exercício árduo, com muita intensidade, aumenta a degeneração das
fibras musculares e assim, pode acentuar a fraqueza muscular (BOFFA et al, 2005).
22
Segundo BOFFA et al. (2005), os exercícios devem ser incorporados ao
cotidiano do paciente desde o momento que a distrofia muscular é diagnosticada. Os
pacientes, principalmente as crianças, devem ser incentivados a manterem-se ativos
o máximo possível. Para tanto, o fisioterapeuta deve programar exercícios para cada
paciente observando as fases de sua patologia e, enquanto isso, avaliações
periódicas devem ser realizadas para observar o progresso do paciente.
Quando se trata de crianças, os exercícios ativos livres, alongamentos
musculares, treino de equilíbrio em diversas posturas e exercícios respiratórios
podem ser ocultados dentro de atividades lúdicas, ou durante atividades do dia-a-
dia, como na Figura 4, para despertar o interesse e a presença constante delas no
tratamento (BOFFA et al., 2005).
Figura 4 - Exercícios e atividades cotidianas Fonte: Boffa et al(2005).
As atividades devem ser realizadas em diversas posturas, Figura 5, para
estimular o tônus, o trofismo e as fibras musculares.
23
Figura 5 - Atividade de alongamento e estimulo Fonte: Boffa et al(2005).
O correto posicionamento dos pacientes deve ser realizado constantemente,
pois as posições que eles costumam adotar contribuem para os encurtamentos
musculares. A Figura 6 exemplifica um correto posicionamento do paciente ao
utilizar uma mesa.
Figura 6 - Posicionamento sentado Fonte: Boffa et al. (2005).
24
2.3.4.2 Ortostatismo
São os exercícios que, segundo Fabris; Bastos (2008), objetivam levar o
paciente, gradativamente, para a posição vertical (em pé). Em diferentes posições, o
corpo se comporta de diferentes maneiras, seja nos batimentos cardíacos, na
respiração, na circulação do sangue e no comportamento de outros órgãos. Por isso,
a movimentação deve ser progressiva, pois se o paciente for colocado de imediato
na posição vertical, poderão ocorrer náuseas e tonturas, sendo possível ocorrer até
mesmo desmaios. O principal benefício está na circulação sanguínea do corpo, o
que trará melhorias em alguns órgãos podendo até evitar úlceras.
2.3.4.3 Mecanoterapia
A mecanoterapia corresponde à exercícios realizados através de aparelhos
de musculação adaptados. Os tipos de movimento e a carga máxima são definidos
após testes realizados por fisioterapeutas. O objetivo principal é o fortalecimento e
aumento da resistência muscular (FUNDAÇÃO SELMA, 2014).
2.3.4.4 Hidroterapia
A hidroterapia, Figura 7, é um método complementar, que deve ser levado
conjuntamente com a cinesioterapia, para tratamento em diversas patologias,
incluindo as neuromusculares. Vem sendo recorrida cada vez mais na área médica e
abre caminhos para novos tratamentos proporcionando mais dinamismo para a vida
do paciente e manutenção das suas funções fisiológicas (BOFFA et al. , 2005).
25
Figura 7 - Atividades de hidroterapia Fonte: Boffa et al. (2005).
2.3.4.5 Posição, Equilíbrio e Fortalecimento
Exercícios que são baseados em alongamentos, trocas de posições e
fortalecimento de alguns músculos e movimentos, de modo a acostumar o paciente
a outras situações e, em longo prazo, podem lhe dar mais força e autonomia para
executar tarefas como: higiene, alimentação e até praticar esportes e dirigir
(FABRIS;BASTOS, 2008).
2.4 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Entre os principais equipamentos a serem utilizados, tanto nos exercícios
quanto no dia a dia, em pacientes com tetraplegia, se encontram prancha ortostática
e cadeira ortostática.
26
2.4.1 Prancha Ortostática
É uma espécie de maca com amarras para prender o paciente, com o
objetivo de deixar o paciente em uma posição ereta, não necessariamente em 90º,
para que se tenha uma melhor circulação de sangue, melhor funcionamento do
sistema respiratório e evita o agravamento de deformidades (FABRIS; BASTOS,
2008).
2.4.2 Cadeira Ortostática
Semelhante à cadeira de rodas, porém com regulagem mecânica para a
posição ortostática (muda da posição sentada para em pé). Desse modo une as
vantagens dos dois equipamentos e permite certa movimentação do usuário
(FABRIS; BASTOS, 2008). Uma imagem de uma cadeira pode ser vista na Figura 8.
Figura 8 - Cadeira Ortostática Fonte: Freedom (2015).
27
2.5 AUTOMAÇÃO E TECNOLOGIA ASSISTIVA
Segundo Gomes (2013), a automação pode ser definida como um sistema
de controle automático que visa reduzir a interferência do homem no processo de
modo a diminuir erros, aumentar a precisão e eficiência, obter uma maior
produtividade (fabricar mais em menos tempo), diminuir o custo, dentre outros.
Consiste na utilização de equipamentos e softwares que atuarão sobre outra
máquina ou processo e verificarão seu próprio funcionamento como demonstrado na
Figura 9.
Figura 9 - Sistema de controle em malha fechada Fonte: Gomes (2013).
Em um sistema de controle em malha fechada, o controle atua sobre o
processo que, por sua vez, manda um sinal de saída o qual será verificado pelo
sensor e será remetido ao controle. O controlador, então, verificará se o processo
está atuando dentro dos parâmetros definidos e, caso esteja acima ou abaixo do
indicado, irá fazer os ajustes necessários. Um exemplo prático desse sistema é o
controle de temperatura de piscinas. O usuário irá indicar a temperatura que deseja
(sinal de entrada) no sistema de controle de temperatura (controlador) que começará
a atuar sobre a água da piscina (processo) para deixa-la na temperatura desejada
(sinal de saída). Sempre haverá o sensor que medirá a temperatura para verificar se
está dentro do parâmetro definido pelo usuário e, caso não esteja, comunicará o
controle para que sejam feitos os ajustes.
O exemplo descrito acima é uma aplicação mais industrial da automação.
Entretanto, existem outros níveis de aplicação, tais como na tecnologia assistiva.
Pode-se citar, por exemplo, a automação residencial que controla, à distância, a
28
temperatura da casa, abertura de janelas, câmeras, alarme e outros. E também
tecnologias que auxiliam as pessoas com deficiência como cadeirantes, deficientes
auditivos ou visuais, pessoas com dificuldades na escrita ou que perderam
membros. Embora existam diferentes aplicações para a tecnologia assistiva, seu uso
mais comum está no auxílio a pessoas com algum tipo de deficiência. Um dos
exemplos de automação como tecnologia assistiva para deficientes são os membros
mecânicos, conforme a Figura 10, para aqueles que perderam braços ou pernas,
Figura 10 - Prótese de perna com movimento natural Fonte: Vida Binária (2011)
Outro exemplo são os elevadores para acesso de cadeirantes à tubos de
ônibus, conforme a Figura 11.
Figura 11 - Cadeirante fazendo uso de uma plataforma Fonte: Mão na roda (2015).
29
2.6 HARDWARE
2.6.1 Microcontroladores
Segundo Brain (2014), o microcontrolador pode ser considerado um
computador, pois, como tal, também possui uma unidade de processamento central
(CPU), memória onde irá armazenar as variáveis e entradas e saídas para interagir
com o usuário. O que diferencia o microcontrolador de um PC convencional, além do
seu tamanho, é sua aplicação. Os computadores de mesa (Desktops) são utilizados
para uma infinidade de processos e rodam diversos softwares, enquanto que os
microcontroladores destinam-se a processos específicos, sendo, na maioria das
vezes embutidos em outros equipamentos (eletrônica embarcada). Além disso,
possuem clock (frequência de operação) e componentes lógicos e aritméticos assim
como os microprocessadores, porém, dispõem de componentes extras em seu
interior. Entre esses componentes se encontram memória de leitura e escrita para
armazenamento de dados, memória somente de leitura, EEPROM para
armazenamento permanente e outros dispositivos periféricos como conversores
analógicos/digitais e vice-versa. Assim, diferentemente do microprocessador que
apenas processa instruções e fornece o resultado pelos pinos de saída, o
microcontrolador pode realizar as mesmas tarefas sem uma grande quantidade de
dispositivos externos – que já estão na sua estrutura interna. Entre suas principais
vantagens destacam-se: custo reduzido; praticidade; economia de espaço e
flexibilidade.
2.6.2 Arduíno
O arduíno é uma plataforma de desenvolvimento de hardware aberto,
projetada com base nos microcontroladores da Atmel. As placas padrões do arduíno
possuem alguns componentes básicos como controlador, entradas e saídas
30
analógicas e digitais e interface USB ou serial para comunicação externa (ARDUÍNO
2015).
Seu projeto teve início em 2005, na Itália, com o objetivo de criar uma
plataforma que facilitasse e barateasse a prototipagem e desenvolvimento de
sistemas embarcados e tornar-se possível uma maior implementação de projetos em
nível comercial, acadêmico e doméstico. Sua plataforma é composta de hardware,
com os componentes básicos descritos acima, e também de um software para
desenvolvimento. O software é um ambiente de desenvolvimento multiplataforma,
desenvolvido em java, de fácil acesso e implementação que conta, além do editor de
código, com um recurso para compilar e carregar o programa para o hardware com
um único clique. Sua principal linguagem de programação utilizada é C/C++
(ARDUÍNO 2015).
Entre seus produtos estão placas padrões para programação como arduino
uno, Due e Ethernet. Há também kits de iniciantes, que contam com manual de
projetos e componentes eletrônicos básicos, como o Arduino Starter Kit e uma
impressora 3D de pequeno porte.
2.6.3 Arduíno Uno
Entre as placas do arduíno, a escolhida para o projeto foi a do Arduíno Uno,
baseado no microcontrolador ATmega328. Ele pode ser alimentado por uma fonte
de 5V ou via USB, possuí 14 saídas e entradas digitais, 6 entradas analógicas, um
botão reset, uma interface USB para conectar com o computador, um clock de 16
MHz, entre outros.
2.7 LINGUAGEM C
De acordo com Ritchie (2015), a linguagem C foi inventada na década de 70
para ser a linguagem de implementação do sistema operacional Unix. Ela é o
resultado do desenvolvimento de outras linguagens como a BCPL, desenvolvida por
31
Martin Richards e a Linguagem B, desenvolvida por Ken Thompson e é orientada
para a programação de sistemas, além de ser pequena e descrita compactamente,
fazendo com que seja amena para a tradução por compiladores simples.
De acordo com Santos (2015), a linguagem C se depara com seus limites
quando o programa está próximo de 100 000 linhas de código. Por isso, na década
de 80, Bjarne Stroustrup acrescentou diversas novas "classes" gerando assim a
linguagem C++, que suporta programação orientada a objetos. Suas principais
plataformas de desenvolvimento são Dev C++, Visual Studio e NetBeans.
32
3 DESENVOLVIMENTO
Dada à multidisciplinaridade do trabalho, foram estabelecidas etapas para o
desenvolvimento do mesmo:
3.1 PESQUISA DE CAMPO
A concepção do projeto teve como base o trabalho desenvolvido pelos
alunos de mecânica no laboratório de tecnologia assistiva do Departamento
Acadêmico de Mecânica (DAMEC) da UTFPR, Campus Curitiba. Há anos os alunos,
juntamente com os fisioterapeutas da Associação Erceana de Campo Largo
(E.R.C.E.), Figura 12, desenvolvem equipamentos de tecnologia assistiva para as
crianças com deficiência dessa instituição.
Figura 12 - Instituição E.R.C.E. de Campo Largo. Fonte: Autoria própria
Dentre os principais equipamentos desenvolvidos, estão uma prancha
ortostática e uma cadeira postural como na Figura 13.
33
Figura 13 - Prancha Ortostática (a) e cadeira postural (b) desenvolvidas pelos alunos do DAMEC. Fonte: Autoria própria.
Analisando a utilização desses equipamentos projetados para a E.R.C.E, foi
possível constatar que uma automatização dos mesmos poderia superar algumas
dificuldades encontradas diariamente, tais como limitações das atividades (em face
da falta de equipamento), falta de pessoal (o que acarreta em um maior número de
atividades desenvolvidas por um profissional) e número crescente de pacientes
(exigindo maior número de equipamentos e sobrecarregando a rotina da equipe
técnica). Assim, um equipamento que operasse em modo automático, permitiria que
o número limitado de profissionais conseguisse atender um número maior de
crianças simultaneamente. Destra forma surgiu a ideia de se projetar uma cadeira
postural automatizada.
Para dar início ao projeto, foi decidido pela realização de uma pesquisa com
os profissionais de saúde da instituição para a qual a cadeira seria destinada. A
pesquisa tinha como finalidade a obtenção de informações acerca dos tipos de
exercícios e movimentos que são realizados diariamente com as crianças e sobre
suas características fisiológicas, tais como altura e peso médio.
A entrevista foi realizada durante uma visita feita à instituição no dia
27/11/2014, com profissionais clínicos da E.R.C.E e pode ser conferida no Apêndice
C.
34
3.2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DA CADEIRA
A partir dos dados coletados quando da visita à instituição e da entrevista
com os fisioterapeutas, foi dado início ao desenvolvimento do projeto da cadeira.
Primeiramente, foi necessário definir como seria a movimentação da cadeira
para que essa pudesse obter resultados semelhantes aos dos exercícios citados.
Baseado na resposta da pergunta 4 da entrevista do Apêndice C, foi possível
constatar que os exercícios realizados com as crianças são semelhantes aos
exercícios de cinesioterapia citados anteriormente e que consistem principalmente
na articulação dos membros para fortalecimento muscular e maior flexibilidade.
Desse modo, observamos que o movimento principal realizado pela cadeira seria
uma alternância entre uma posição de repouso, onde a criança ficaria sentada, e
uma posição totalmente ereta, trabalhando assim posicionamento e articulação dos
membros, Figura 14.
Figura 14 - Posição Sentada (esquerda) e posição ereta (direita) Fonte: Autoria própria.
O ponto de partida para decidir as dimensões da cadeira, foi a altura média
das crianças que a usariam e que, de acordo com a entrevista é de
aproximadamente 1m de altura. Através deste dado pode-se estipular o tamanho
que as partes móveis da cadeira (encosto, assento e apoio de pernas) somariam
juntos na posição ereta. Por razões de variabilidade dos tamanhos das crianças, foi
35
adicionada uma margem no tamanho das partes, que juntas somariam 1300mm. As
partes móveis foram divididas em: encosto de tronco com 550mm, assento com
300mm e apoio de pernas com 450mm, sendo tais medidas suficientes para
abranger a variabilidade das estaturas das crianças. Para assegurar que as três
partes da cadeira teriam liberdade de movimentação, foi decidido que elas se
uniriam por dobradiças, fazendo com que a medida final totalizasse 1332mm.
Foi constatado que ao sair da posição de repouso para a posição ereta, a
cadeira realiza o movimento em cima de um ponto, o ponto A, Figura 15, localizado
abaixo do acento, que necessariamente precisa estar fixo para garanti-lo. Definimos
que esse ponto ficaria a 100mm de distância da parte da frente da cadeira, para
garantir o movimento total e sendo um ponto de sustentação.
Figura 15 - Ponto A Fonte: Autoria própria.
Com o tamanho da estrutura e de suas partes móveis previamente
determinados, foi observado que a cadeira, ao partir da posição de repouso até ficar
completamente ereta, desloca-se a um ângulo de 47,29º em relação a sua base. Ao
analisar todo o movimento, foi possível verificar que a forma mais simples de realizá-
lo seria se a força fosse aplicada no ponto médio do assento da cadeira, que
chamamos de ponto B. Através disso pode se calcular que para chegar a 47,29º,
este ponto se desloca 63,19mm no eixo Y, como mostra a Figura 16.
36
Figura 16 - Ângulo e deslocamento do assento. Fonte: Autoria própria.
Uma vez que o deslocamento do ponto médio seria de 63,19mm, foi
decidido que o esforço seria feito por um atuador linear. Este atuador é um
mecanismo composto de motor interligado com um pistão que ficaria posicionado
abaixo do acento da cadeira e ao ser acionado pelo motor, faria o acento levantar.
Para adquirir o atuador, primeiro teríamos que saber qual o tamanho que ele
precisaria ter e o curso do pistão, para o movimento ser preciso e também o torque
para poder aguentar o peso mínimo da criança. Entretanto, ao pesquisar os
atuadores disponíveis no mercado, percebemos que os fabricantes disponibilizavam
apenas atuadores com deslocamento de curso de 50mm, 100mm, 150mm, 200mm,
etc. Assim, não foi possível achar um atuador com o deslocamento igual ao do ponto
médio (B) da Figura 16, com 63,19mm. Por esse motivo definiu-se o ponto C, Figura
17, que se distancia 33,98mm do ponto B em relação ao eixo Z, isso para que o
deslocamento realizado fosse de 100mm, coincidindo com o motor disponível no
mercado.
37
Figura 17 - Ponto C Fonte: Autoria própria.
Como foi levantado na pesquisa do Apêndice 3, o peso médio das crianças
que utilizariam o equipamento seria de 40Kg, e desse modo o motor precisaria
realizar no mínimo um esforço de 40Kgf. O atuador de 100mm citado anteriormente
tem capacidade de trabalhar com cargas de até 1200N ou 122Kgf, o equivalente a
uma pessoa de 122Kg aproximadamente. Portanto, o atuador de 100mm possui
também o torque necessário para as especificações do projeto. Sendo assim, este
foi o atuador escolhido para o projeto, pois além de preencher todos os requisitos
técnicos, ele apresenta economia de espaço sendo pequeno, leve e fácil de manejar
(Anexo A).
Para fixar o motor na cadeira, foi projetado um acoplamento, em forma de T,
Figura 41, cuja parte horizontal possuí dois parafusos que fixam na parte de baixo
do assento, e a parte vertical possuí um parafuso que é conectado juntamente com
o furo do atuador, Figura 52 (esquerda).
Com o atuador fixado no assento através do T, foi possível medir a distância
que ele ficaria da base da cadeira, necessitando de um apoio para mantê-lo fixo.
Assim, fez-se necessário o projeto de um mancal, fixo na base da cadeira, que
sustentasse o motor. Como a distância do motor, fixado no assento, até o chão é de
270,72mm, o mancal deveria ter essa mesma medida ficando o seu esboço, tal
como na Figura 38.
38
Tendo então as dimensões da estrutura da cadeira, as das partes moveis, o
ângulo do deslocamento juntamente com o ponto de aplicação da força e as
especificações do motor, mancal e do acoplamento, foi projetado o esboço da
cadeira que deveria ser montada tal como na Figura 18.
Figura 18 – Esboço da cadeira, visão em perspectiva (a) e visão lateral (b) Fonte: Autoria própria.
3.3 MATERIAL UTILIZADO NA ESTRUTURA
Primeiramente foi realizada uma pesquisa entre os fabricantes e
distribuidores de equipamentos fisioterapêuticos e posturais, tais como cadeiras de
rodas, para descobrir qual era o material mais utilizado em suas fabricações. Entre
as indústrias pesquisadas, estão a Ortobras e a Jaguaribe. Ambas, com mais de 30
anos de mercado em diversos países, desenvolvem principalmente cadeiras de
rodas e outros produtos que possibilitam um maior conforto e qualidade de vida para
as pessoas como mobilidade reduzida.
Analisando os equipamentos das empresas citadas, foi constatado que os
materiais mais utilizados nas suas estruturas, são o aço carbono e o alumínio. A
Jaguaribe possuí, por exemplo, a Cadeira de Rodas Ágile, Figura 19-A, feita em
alumínio aeronáutico. A Ortobras, possuí equipamentos tais como a Cadeira de
Rodas ULX Reclinável, Figura 19-B, e muitas outras cadeiras para adultos e
crianças, todas feita em alumínio aeronáutico temperado.
39
Figura 19 - Cadeira Ágile em alumínio aeronáutico(A); Cadeira ULX reclinável em alumínio aeronáutico temperado(B). Fonte:Jaguaribe (2015).
Sabendo da necessidade de um produto com custo abaixo do mercado, foi
pesquisado um material que apresentasse custo inferior aos materiais utilizados
pelas indústrias (aço e alumínio) e que apresentasse boa resistência mecânica,
dentro dos requisitos do projeto.
O material escolhido para o desenvolvimento da cadeira foi o PVC. Um
material de baixo custo, sendo mais barato que o aço e o alumínio, que não reage
com materiais de construção e a maioria dos reagentes químicos, é durável e
extremamente fácil de utilizar. Os encaixes e acoplamentos padronizados dos tubos
de PVC permitem que até pessoas inexperientes possam lidar com construções
feitas nesse material. Outro fator importante é sua alta resistência mecânica,
demonstrada em ensaios de tração realizados em um trabalho desenvolvido por
alunos da Mecânica. A leveza do material combinada com sua alta resistência
proporciona uma combinação ideal para equipamentos assistivos.
3.4 DESENVOLVIMENTO DA ESTRUTURA
A montagem da cadeira foi realizada no laboratório de tecnologia assistiva
da UTFPR e todas as peças, e seus respectivos esboços, que foram utilizadas para
montar a estrutura podem ser conferidas no Apêndice A Concluída toda a
montagem, a cadeira ficou tal como demonstrada na Figura 20.
40
Figura 20 - Estrutura da cadeira montada com componentes de PVC.
Fonte: Autoria própria.
Após a montagem da cadeira, foram confeccionadas, no setor de soldagem
e usinagem da UTFPR, duas peças. A primeira foi o mancal do motor, Figura 38 do
Apêndice A, através da soldagem de uma chapa com uma barra e com um bloco,
feitos de aço, e que também foram trabalhados na fresadora para adquirirem as
medidas indicadas no desenho. A outra peça foi o acoplamento, que prende a parte
superior do motor à parte inferior do assento da cadeira, através da soldagem de
duas pequenas chapas de metal em formato de T como demonstrado na Figura 41
do Apêndice A. Estando a estrutura da cadeira e de acoplamento do motor prontos,
o mancal e acoplamento superior foram fixados à cadeira através de parafusos.
Assim ficou concluída toda a estrutura mecânica do projeto, que envolveu
tanto a forma da cadeira, quanto a integração com o motor.
41
3.5 DESENVOLVIMENTO DO HARDWARE E SOFTWARE DE ACIONAMENTO
Tendo definido as partes que iriam compor o hardware, foi necessário
desenhar um diagrama de blocos para definir como seria a disposição e conexão
dos componentes. O diagrama de blocos projetado é o apresentado na Figura 21.
Figura 21 - Diagrama de blocos do Hardware Fonte: Autoria própria
A fonte de energia, Figura 22, é uma fonte universal que ajusta a tensão de
3V até 24V utilizada para a alimentação de todo o sistema, inclusive o processador,
através de um circuito regulador de tensão, e fornecemdo 24V para os relés do
circuito de acionamento, que comutarão essa tensão para o atuador.
42
Figura 22 - Fonte Universal utilizada na alimentação do sistema Fonte: Autoria própria
Como a fonte fica ajustada em 24V e o processador opera em 5V, foi
desenvolvido um circuito regulador de tensão, utilizando o LM 317, que permite
apenas 5V para o arduíno. O esquemático do regulador de tensão pode ser
visualizado na Figura 61.
O processador, já citado anteriormente, é o Arduino UNO, Figura 23, que
envia um sinal de 5V para o circuito de acionamento, bobina dos relés, recebe sinais
do controle do operador para saber se está operando em modo automático ou
manual e os sinais do sensor para fazer o controle do movimento do atuador.
Figura 23 - Microcontrolador Arduíno UNO Fonte: Arduino (2015).
Os relés, Figura 24, possuem 8 pinos e passam a tensão de 24V para o
atuador quando são comutados através do sinal de 5V do arduíno aplicado em suas
bobinas.
43
Figura 24 - Relé 8 pinos Fonte: Autoria própria
O sensor presente no sistema é o sensor de corrente ACS712, Figura 25,
que pode fazer medições de -30A até +30A. Quando o atuador está em movimento o
sensor detecta um nível de corrente constante que está passando pelo motor.
Quando o atuador chega ao limite superior ou inferior do seu curso seu movimento é
interrompido, interrompendo a corrente elétrica. O sensor detecta a queda na
corrente e comunica o processador através de uma das entradas analógicas dele.
Figura 25 - Sensor de corrente ACS712 Fonte: Autoria própria
Estando definida a configuração do hardware, foram iniciados os primeiros
testes com os componentes eletrônicos. O primeiro foi para testar o Algoritmo A,
Figura 26, que ativa e desativa duas saídas digitais do arduíno que seriam usadas
para acionar os relés e consequentemente o atuador.
44
Figura 26 - Algoritmo A. Fonte: Autoria própria.
O próximo passo foi testar o Algoritmo B, Figura 27 que é uma extensão do
Algoritmo A, que ativa ou desativa as saídas somente se os botões forem mantidos
apertados.
Os botões, que ficam localizados no controle do usuário são conectados ao
5V e ao gnd. Entre o botão e o gnd, é efetuada a leitura do sinal através de uma
entrada digital do arduíno. Quando um botão é pressionado, é detectado um sinal na
porta digital e então o processador ativa as duas saídas que, através dos relés,
acionam o motor. O esquemático dos botões pode ser conferido na Figura 57. O
esquema de ligação do motor e dos relés pode ser conferido na Figura 60.
45
Figura 27 - Algoritmo B, utilizado no modo manual Fonte: Autoria própria.
Estando o algoritmo para o modo manual (Algoritmo B) funcionando
corretamente junto ao hardware, foram iniciados os testes para desenvolver o modo
automático. Primeiramente foram feitas modificações no Algoritmo A para que ao
invés de ativar e desativar as duas saídas a cada período de tempo, ele só ativasse
ou desativasse as saídas através do sinal do sensor. Os primeiros sensores
utilizados nos testes foram dois sensores ópticos utilizados comumente em
impressoras. No começo o processador ativava uma saída e a outra ficava em nível
lógico zero, simulando um movimento (subida ou descida), e quando o processador
detectava um dos sensores, ambas as saídas eram desativadas – simulando a
chegada do motor no fim do curso e parada do movimento – e após um tempo pré-
programado, que foi decidido em entrevista com os fisioterapeutas, as saídas do
processador eram invertidas, simulando o movimento inverso, e só desativavam ao
ser detectado o sinal do segundo sensor.
Quando o teste foi concluído com sucesso, os sensores ópticos foram
substituídos pelo sensor interno do atuador linear. A lógica do algoritmo continuou a
mesma, porém agora, ao invés do sinal do sensor ser mandado para o processador
através da detecção da aproximação física do atuador, o sinal do sensor era medido
46
através do nível de corrente que saia do motor, pois quando o atuador atingia seu
fim de curso, o sensor interno cortava o movimento zerando a corrente. Essa queda
no valor da corrente era detectada e medida pelo processador, que a interpretava
como um sinal do sensor, desativando as saídas digitais e esperando o tempo pré-
programado para iniciar o movimento inverso, que só seria interrompido com a
mesma detecção da queda de corrente, e assim sucessivamente, Figura 28.
Figura 28 - Esquemático da medição do sensor interno do atuador. Fonte: Autoria própria.
Entretanto, esse esquema de detecção de corrente começou a apresentar
alguns problemas técnicos que resultavam em curtos-circuitos, e sobrecargas de
tensão nas entradas analógicas do arduíno, o que ocasionou a perda de algumas
placas. Para contornar tal problema, foi adquirido o sensor de corrente ACS712, que
pode medir de -30A até +30A. A lógica de funcionamento continuou exatamente a
mesma e o esquema de ligação do sensor com o processador e atuador pode ser
conferido na Figura 60.
Após isso, foi adicionado um potenciômetro, ao controle do operador, que
serve para o usuário selecionar o tempo de intervalo entre as posições no modo
automático, Figura 29. O esquema de ligação do potenciômetro com o resto do
hardware pode ser conferido na Figura 58.
47
Figura 29 – Potenciômetro Fonte: Autoria própria.
Assim o potenciômetro ficou sendo o botão, do controle do usuário, usado
para ajustar o tempo de mudança de posição no modo automático. Desse modo, o
Algoritmo C, para o modo automático, passou a funcionar corretamente junto ao
hardware, Figura 30.
Figura 30 - Algoritmo C, utilizado no modo automático Fonte: Autoria própria.
Com ambos os algoritmos - para o modo manual (B) e para o modo
automático (C) - funcionando corretamente, foi incorporado ao hardware, mais
especificamente no controle do usuário, uma chave, Figura 31, para o usuário poder
selecionar se usará a cadeira no modo manual ou automático. A chave permite a
passagem de um sinal para o processador que, através de sua leitura, seleciona o
modo de operação. Esse esquema pode ser conferido em detalhes na Figura 59.
48
Figura 31 - Chave Fonte: Autoria própria.
Assim, com a aplicação da chave, foi possível o funcionamento do Algoritmo
Definitivo, Figura 32, que começa com a leitura da chave. Se estiver na posição 1,
executa o algoritmo B, referente ao modo manual, e caso seja a posição 2, executa
o algoritmo C, referente ao modo automático.
Figura 32 - Algoritmo definitivo construído com base nos algoritmos B e C Fonte: Autoria própria.
O controle do usuário, Figura 33, é um dispositivo que fica acessível ao
usuário da cadeira. Ele contém uma chave que, dependendo da posição em que
49
está, define se o processador atua no modo automático ou manual. Possuí também
dois botões que são utilizados, no modo manual, para mover o motor para cima ou
para baixo. E, por último, possuí o potenciômetro que serve para regular o tempo de
mudança de posição no modo automático.
Figura 33 - Controle do usuário Fonte: Autoria própria.
Com o algoritmo definitivo estando concluído e funcionando junto ao
hardware, foram testados, na protoboard, ambos os modos em conjunto com a
chave. Concluídos com sucesso os testes, foi necessário desenvolver a placa de
circuito impresso, onde seriam soldados os componentes do hardware.
O desenho do circuito, Figura 63, foi desenvolvido no software Eagle e após
concluído, foi convertido para o layout do circuito impresso como demonstrado na
Figura 64. Concluído o projeto da placa, esta foi confeccionada e foram conectados
a mesma: o processador, os relés e a fonte e 24V e demais componentes, ficando
concluído, dessa forma, o hardware, ilustrado na Figura 34.
.
50
Figura 34 - Hardware completo do circuito impresso Fonte: Autoria própria.
3.6 INTEGRAÇÃO DA PARTE MECÂNICA E ELETRÔNICA
Tendo o hardware e a estrutura mecânica prontos, foi necessário fazer a
integração de ambos para que o hardware fosse fixado na estrutura da cadeira, e o
motor ficasse conectado definitivamente a ele, bem como as fontes fixadas à
estrutura e conectadas ao circuito.
Primeiramente, os circuitos foram fixados dentro de uma pequena caixa
chamada de gabinete. O mesmo foi fixado numa das laterais da parte interior da
cadeira. A seguir, a fonte foi fixada próxima ao mancal do motor, na base da cadeira,
e conectada ao gabinete bem como foi feita a ligação do motor com o circuito. Após
isso, o cabo do controle do usuário foi conectado nos locais indicados no hardware
fechando dessa forma o circuito elétrico do projeto. Assim, toda a parte elétrica ficou
alojada na parte interior da cadeira sendo que as únicas partes visíveis para o
usuário são o cabo da tomada que passa a energia para a fonte e o controle do
usuário e seu cabo que está conectado à placa. A cadeira concluída, e integrada
com o motor e hardware, pode ser conferida na Figura 35.
51
Figura 35 - Cadeira finalizada e integrada com o hardware Fonte: Autoria própria.
52
4 DESENVOLVIMENTO DO MANUAL DE UTILIZAÇÃO DA CADEIRA
Antes de ser enviada para os testes finais, foi desenvolvido um manual de
utilização para a cadeira com a finalidade de instruir os futuros usuários a utilizar o
equipamento de forma correta e sem correr nenhum risco. Entre os tópicos
abordados no manual encontram-se os seguintes temas:
a) Apresentação do equipamento com informações iniciais;
b) Descrição dos componentes do equipamento e explicação de cada uma
de suas partes;
c) Descrição de como inicializar e utilizar o equipamento em cada um de
seus modos, incluindo normas de segurança;
d) Manutenção do equipamento, tanto da parte mecânica quanto da parte
elétrica, com explicação passo-a-passo sobre o que deve ser feito.
Todo o manual é explicado em conjunto com ilustrações para facilitar o
entendimento do usuário e pode ser conferido no Apêndice B.
53
5 TESTES FINAIS
Estando a cadeira postural finalmente concluída, foi necessário testá-la em
campo. Para isso, ela foi levada à instituição E.R.C.E novamente para que os
fisioterapeutas e demais profissionais da instituição pudessem testá-la com as
crianças por um período de 15 dias. Durante esse período, diversas crianças da
instituição puderam utilizar a cadeira em todos os seus modos como pode ser
visualizado na Figura 36.
Figura 36 - Crianças da ERCE utilizando a cadeira Fonte: Autoria própria.
Junto com a cadeira, foi enviado um questionário objetivando mensurar os
benefícios trazidos pela mesma. A pesquisa pode ser conferida no Apêndice C.
54
6 CUSTO DO DESENVOLVIMENTO
Como o objetivo do trabalho era desenvolver uma cadeira automatizada de
baixo custo, no Quadro 1 são apresentados os custos.
Itens Custo do Item
Material da cadeira R$250,00
Arduíno UNO R$70,00
Placa de acionamento R$100,00
Atuador Linear R$500,00
Sensor de corrente R$25,00
Fonte R$60,00
Disjuntor R$25,00
Regulador de tensão R$30,00
Controle do usuário R$15,00
Cabeamento R$20,00
Estofamento R$80,00
Documentação R$100,00
TOTAL R$1275,00
Quadro 1 – Custos do projeto Fonte: Autoria própria.
55
7 CONCLUSÃO
Tendo em vista os resultados obtidos no trabalho e os dados coletados na
pesquisa do Apêndice C, pode-se observar que a cadeira atende as funções para a
qual foi projetada. Seguindo os requisitos iniciais do projeto, a cadeira apresenta
uma fácil mecanização podendo ser facilmente reproduzida, até mesmo por pessoas
inexperientes. Isso se deve à escolha do PVC, que possuí encaixes padronizados,
como material para a estrutura. O mesmo vale para o hardware que não apresenta
circuitos complexos, podendo ser compreendido apenas com conhecimentos
básicos de eletrônica. Em termos de utilização, a cadeira além de atender pacientes
estaturas e patologias como mielomeningocele, tetraplegia espástica, hemiplegia
espástica, dentre outras, também possibilitou aos seus usuários uma adequação
postural e de posicionamento com controle cervical e de tronco durante a mudança
de posição. Os principais benefícios terapêuticos oferecidos por essas
movimentações, conforme relato dos profissionais que se utilizaram da cadeira, são
a melhoria da postura, prevenção de deformidades, fortalecimento muscular e
também a autoestima. Outra grande vantagem do equipamento é o fato de o
profissional poder desenvolver atividades clínicas com o paciente sentado e em pé.
Assim, a cadeira permitiu uma melhoria significativa no trabalho diário dos
profissionais, fato que foi constatado na entrevista, otimizando a rotina de exercícios
e permitindo que mais pacientes fossem atendidos simultaneamente, uma vez que o
profissional não precisava trocar a criança de equipamento.
Seguindo ainda os requisitos do projeto, seu hardware simples e a escolha
do PVC permitiram que o equipamento tivesse um baixo custo em relação aos
outros produtos disponíveis no mercado.
Para projetos futuros, foi discutido com os profissionais que testaram o
equipamento, possíveis melhorais que poderiam ser incrementadas tais como:
melhorias na fixação da criança na cadeira através de cintos e calços reguláveis,
objetivando aumentar a estabilidade do usuário. Outra melhora ocorreria se fosse
incluída, no modo automático, a parada em posições intermediárias entre a posição
sentada e ereta. Segundo os profissionais de saúde isso permitiria disponibilizar
uma gama maior de exercícios para as crianças atendidas.
56
Com os resultados obtidos no trabalho e na pesquisa, constata-se um
avanço no trabalho dos profissionais que poderão atender um maior número de
pacientes e realizar uma maior quantidade de exercícios em um único equipamento.
Sendo assim, a cadeira postural desenvolvida se enquadra na categoria de
tecnologia assistiva, pois além de possibilitar inúmeros benefícios para a pessoa que
a utiliza, garante que pessoas de baixo poder aquisitivo tenham acesso ao produto.
57
REFERÊNCIAS
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58
JAGUARIBE. Disponível em: <http://www.ortopediajaguaribe.com.br/index.php/produtos/cadeiras/aluminio/cadeira-de-rodas-agile-detail>. Acesso em: nov. 2015. LEITÃO, Araújo. Paralisia Cerebral: Métodos de reabilitação neurológica infantil. Rio de Janeiro: Artenova, 1971. MÃO NA RODA. Disponível em: < http://maonarodablog.com.br/wp-content/uploads/2010/12/esta%C3%A7%C3%A3o_tubo.jpg>. Acesso em: 17 nov. 2015 REDE SARAH. Lesão Medular. Disponível em: <http://www.sarah.br/Cvisual/Sarah/AA-Doencas/po/p_08_lesao_medular.html>. Acesso em: mai. 2014. RITCHIE, Dennis M. The C programming language. Disponível em: <http://www.bell-labs.com/usr/bin/find/?q=C+language>. Acesso em: mar. 2015. SANTOS, Alisson. História do C/C++. Disponível em: <http://www.devmedia.com.br/historia-do-c-c/24029>. Acesso em: mar 2015. VIDA BINÁRIA. Prótese de perna com movimento natural. 2011. Disponível em: < http://vidabinaria.com.br/?s=pr%C3%B3tese>. Acesso em: jun. 2014. _________. Paralisia Cerebral. Disponível em: <http://www.sarah.br/Cvisual/Sarah/AA-Doencas/po/p_01_paralisia_cerebral.html>. Acesso em: mai. 2014
59
APÊNDICE A – DESENHOS TÉCNICOS DA AUTOMATIZADA
PARTE ESTRUTURAL
A parte estrutural é composta pela estrutura da cadeira, mancal inferior do motor,
motor e acoplamento superior do motor.
Estrutura da cadeira
A estrutura da cadeira, Figura 37, é composta por 18 acoplamentos T em PVC de
32mm, 22 canos de 32mm em PVC e 8 joelhos em PVC de 32mm.
Figura 37 - Estrutura da cadeira Fonte: Autoria própria.
Mancal Inferior do Motor
O mancal inferior do motor, Figura 38, é uma estrutura feita em aço que consiste de
uma chapa de metal soldada a uma barra que foram usinadas posteriormente para
adquirirem as medidas adequadas.
60
Figura 38 - Mancal inferior do motor Fonte: Autoria própria.
Motor
O motor, Figuras 39 e 40, é um atuador linear de 100mm e pode ser acionado com
aplicação de 24V.
Figura 39 - Vista 3D do motor Fonte: Autoria própria.
61
Figura 40 - Vista 2D do motor Fonte: Autoria própria.
Acoplamento Superior do Motor
O acoplamento superior do motor, Figura 41, é uma estrutura originada da solda de
duas peças de aço que foram juntadas uma na horizontal e outra na vertical,
resultando no acoplamento em forma de T.
Figura 41 - Acoplamento superior do motor Fonte: Autoria própria.
62
PARTE MÓVEL
A parte móvel do equipamento é composta pelo apoio de costas, assento, encosto
de pernas, apoio de pés, encosto, adutor, assento de espuma e alça.
Apoio de Costas
O apoio de costas, Figura 42, é uma madeira MDF de dimensões 55cm x 38cm.
Figura 42 - Apoio de costas Fonte: Autoria própria.
Assento
O assento, Figura 43, é uma madeira MDF de dimensões 300mm x 380mm.
63
Figura 43 - Assento Fonte: Autoria própria.
Encosto de pernas
O encosto de pernas, Figura 44, é uma madeira MDF de dimensões 450mm x
380mm.
Figura 44 - Encosto de pernas Fonte: Autoria própria.
64
Apoio de pés
O apoio de pés, Figura 45, é uma madeira MDF de dimensões 200mm x 380mm que
vai conectada nos furos do encosto de pernas e pode ter sua altura ajustada.
Figura 45 - Apoio de pés Fonte: Autoria própria.
Encosto
O encosto, figura 46, é uma estrutura composta por 10 canos em PVC de 20mm, 8
joelhos em PVC de 20mm e 16 acoplamentos T em PVC de 20mm e estofado com
EVA.
65
Figura 46 - Encosto Fonte: Autoria própria.
Adutor
O adutor, Figura 47, é composto por um cano em PVC de 32mm, um cap (tampa)
em PVC de 32mm, uma barra roscada M12 e uma porca sextavada M12 que prende
o adutor por baixo do assento. A peça ainda é estofada com espuma e couro.
Figura 47 - Adutor Fonte: Autoria própria.
66
Assento de espuma
O assento de espuma. Figura 48 é uma fina madeira MDF estofada com couro e
espuma que vai preso ao assento da cadeira por parafusos. Ele pode ser removido
caso o assento precise entrar em manutenção ou o estofamento precise ser trocado.
Figura 48 - Assento de espuma Fonte: Autoria própria.
Alça
A alça, Figura 49, é uma estrutura composta por um cano em PVC de 32mm, dois
caps em PVC de 32mm e dois joelhos em PVC de 32mm. Ele é responsável por
prender o apoio de costas à estrutura, impedindo-o de se projetar para a frente.
67
Figura 49 - Alça Fonte: Autoria própria.
MONTAGEM
Montagem da parte móvel
Para a montagem da parte móvel foram utilizadas dobradiças cujos esboços 3D e
2D, bem como suas dimensões, podem ser conferidos na Figura 50.
68
Figura 50 - Dobradiças Fonte: Autoria própria.
As dobradiças foram utilizadas para conectar o apoio de costas, o assento e o
encosto de pernas conforme a Figura 51.
Figura 51 - Estruturas conectadas através das dobradiças Fonte: Autoria própria.
69
Montagem do motor e seus acoplamentos
O motor é encaixado no mancal inferior e no acoplamento superior demonstrado na
Figura 52.
Figura 52 - Esboço do motor acoplado no mancal e acoplamento superior Fonte: Autoria própria.
Integração da parte móvel com a estrutura
A parte móvel é integrada à estrutura através de um fixador, Figura 53.
Figura 53 - Fixador Fonte: Autoria própria.
70
O fixador vai colocado embaixo do assento e nele passa um eixo que prende a parte
móvel à estrutura. A estrutura montada fica tal como na Figura 54.
Figura 54 - Estrutura montada com a parte móvel Fonte: Autoria própria.
Integração do Motor com a Cadeira
Primeiramente é colocada uma base de madeira, também de MDF, por baixo da
cadeira. O mancal inferior do motor vai fixado à base através de parafusos e o motor
é fixado à parte móvel da cadeira por baixo do assento através do acoplamento
superior do motor. Assim, a cadeira integrada com o motor fica como na Figura 55.
.
Figura 55 - cadeira integrada com o motor Fonte: Autoria própria.
71
Estofamento
Após a montagem do equipamento, é adicionado o encosto estofado ao apoio de
costas, bem como são colocados no assento o banco e o adutor, ambos estofados
com couro e espuma. Também são adicionadas as paredes laterais do
equipamento. A cadeira pós estofamento pode ser conferida na Figura 56.
Figura 56 - Esboço da cadeira estofada Fonte: Autoria própria.
PARTE ELETROELETRÔNICA
A parte eletroeletrônica é basicamente dividida em controle do usuário, placa de
acionamento, microcontrolador, sensor de corrente e regulador de tensão.
72
CONTROLE DO USUÁRIO
O controle do usuário é composto por 2 push buttons, uma chave e um
potenciômetro.
Push Buttons
O botão vermelho, para subir, é ligado do controle do usuário até a porta digital 3 do
microcontrolador, enquanto o botão amarelo, para descer é ligado até a porta digital
2 do microcontrolador. O esquema de ligação dos botões pode ser conferido na
Figura 57.
Figura 57 - Esquema de ligação dos botões do controle do operador Fonte: Autoria própria.
Potenciômetro
O potenciômetro, que é o botão giratório do controle, é uma resistência que pode ser
variada de 0 a 10K ohms. A variação da resistência é lida pela porta analógica 2 do
microcontrolador. O esquema de ligação do potenciômetro pode ser conferido na
Figura 58.
73
Figura 58 - Esquema de ligação do potenciômetro do controle do operador Fonte: Autoria própria.
Chave
A chave presente no controle pode ser mantida em duas posições diferentes, em
uma delas a chave permite o fornecimento de tensão e na outra não. Essa variação
de sinal é medida pela porta digital 6 do microcontrolador. O esquema de ligação da
chave pode ser conferido na Figura 59.
Figura 59 - Esquema de ligação da chave do controle do operador Fonte: Autoria própria.
PLACA DE ACIONAMENTO
A placa de acionamento é o circuito onde estão situados os dois relés que recebem
tensão, de 5V em suas bobinas, acionadas pelo microcontrolador e fornecem 24V
para o motor. Entre o sinal do microcontrolador e o relé estão localizados
74
transistores e resistores que servem para o acionamento dos relés. O esquema de
ligação do atuador e dos relés pode ser conferido na Figura 60.
SENSOR DE CORRENTE
O sensor de corrente utilizado é o ACS712 que pode medir variações de -30A até
+30A. Ele é ligado ao motor, ao GND, ao VCC de 5V e seu sinal é lido pela porta
analógica 0 do microcontrolador. A ligação da saída do sensor em conjunto com o
motor pode ser conferida na Figura 60.
Figura 60 - Ligação da placa de acionamento com o sensor e o motor Fonte: Autoria própria.
REGULADOR DE TENSÃO
O circuito regulador de tensão é composto por um CI LM317, 2 resistores e 2
capacitores. Como o microcontrolador funciona com 5V e a fonte utilizada no
equipamento está ajustada para fornecer 24V, é necessário que haja esse regulador
entre a fonte e o microcontrolador para limitar a tensão para 5V que ligará o
75
microcontrolador. O esquema do circuito regulador de tensão pode ser conferido na
Figura 61.
Figura 61 - Esquema do circuito regulador de tensão Fonte: Autoria própria.
HARDWARE COMPLETO
O esquema de todo o hardware do equipamento em conjunto pode ser conferido na
Figura 62.
76
Figura 62 - Esquema de todo o circuito do projeto Fonte: Autoria própria.
ESQUEMÁTICOS DO CIRCUITO IMPRESSO
A seguir é exibida a Figura 63, que mostra o esquemático do circuito que foi
desenvolvido no software Eagle.
Figura 63 - Esquemático do circuito desenvolvido no Eagle Fonte: Autoria própria.
77
A partir do desenho da Figura 64, foi originado o layout do circuito impresso, Figura
29, que corresponde a placa de acionamento.
Figura 64 - Layout do circuito impresso gerado no Eagle Fonte: Autoria própria.
78
APÊNDICE B – MANUAL DO OPERADOR
79
80
81
82
,
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
APÊNDICE C – PESQUISAS REALIZADAS COM PROFISSIONAIS CLÍNICOS DA E.R.C.E
PESQUISA INICIAL PARA COLETA DE DADOS
Pergunta 1: A instituição atende apenas crianças?
Resposta: Apesar de a maioria serem crianças, nós temos alunos de diferentes
faixas etárias, inclusive tendo turmas exclusivas para adultos.
Pergunta 2: Qual faixa etária se beneficiaria mais do uso da cadeira e por
quê?
Resposta: As crianças seriam as mais beneficiadas, pois muitas nasceram nas
condições em que se encontram e portanto não necessitam de uma reabilitação
mas sim de uma habilitação - pois tiveram pouco apoio durante a vida e nunca
tiveram a experiência de uma vida normal - para aprenderem a se adaptar física e
emocionalmente e se enquadrar na sociedade. Assim, precisam receber
estímulos de todos os tipos para que os músculos se soltem com o tempo.
Pergunta 3: Qual o quadro geral dessas crianças?
Resposta: A maioria sofre de perturbações motoras em decorrência de
deformidades musculares e articulares geradas pela lesão. Muitos estão nesse
quadro desde que nasceram e há também aqueles com casos mais graves, como
a Joana que sofre de paralisia cerebral o que afeta suas funções mentais,
motoras e sensoriais.
Pergunta 4: Qual o tratamento dado a essas crianças e quais os principais
exercícios que elas realizam?
Resposta: Elas seguem um planejamento de atividades diárias, elaborado por
nossa equipe, que consiste em atividades posturais envolvendo diversos
posicionamentos e em variados equipamentos ao longo do dia, alongamentos
constantes de todos os membros e exercícios mecânicos com e sem
114
equipamentos para fortalecimento dos músculos e articulações. Tudo isso sempre
acompanhado de um profissional que executa ou auxilia a movimentação do
paciente e o transfere entre os equipamentos.
Pergunta 5: Quais os equipamentos utilizados por elas?
Resposta: Isso varia da idade delas, os mais novos usam andadores para
começarem a se movimentar sozinhos e conforme vão crescendo e evoluindo nos
exercícios, usam cadeiras posturais, pranchas ortostáticas além de séries diárias
de estímulos.
Pergunta 6: Qual a altura e peso médios das pessoas que usariam a
cadeira?
Resposta: Vocês podem se basear em crianças de aproximadamente 1m de
altura e 40 kg, inclusive nós temos uma aluna que se beneficiaria muito do
equipamento, a Joana, vocês podem projetar o equipamento usando as
dimensões dela como referência.
Pergunta 7: É preferível o equipamento ser alimentado por bateria ou pode
ser alimentado direto na tomada?
Resposta: Para nós isso é indiferente, vocês podem projetar da forma que
preferirem.
Pergunta 8: Quais as medidas de segurança que devem ser tomadas na
confecção da cadeira?
Resposta: Para a parte elétrica, o mais importante é que não tenham fios
expostos para não ter problema de alguma criança tomar um choque ou danificar
o equipamento e que os botões de acionamento fiquem em um lugar de difícil
acesso delas. Em relação ao funcionamento, é necessário que a cadeira garanta
a fixação da criança durante o movimento e em repouso.
115
Pergunta 9: Como vocês utilizariam, ou gostariam que fosse, o modo
automático da cadeira?
Resposta: Gostaríamos que as posições fossem intercaladas em um intervalo de
tempo e que isso pudesse ser ajustado pela gente.
Pergunta 10: Qual o tempo ideal para os intervalos de movimentos do modo
automático?
Resposta: Como isso é algo que varia de criança pra criança o tempo poderia ser
ajustado nos intervalos de 5, 10 e 15 minutos no máximo.
PESQUISA FINAL PARA FEEDBACK DO PRODUTO
1. Dados do avaliador:
NOME FUNÇÃO
Genivaldo Borges de Carvalho Fisioterapeuta
José Luiz de Lima Fisioterapeuta
Lindsey Martins de Lara Terapeuta Ocupacional
2. Dados das crianças que utilizaram a cadeira.
NOME IDADE PESO ALTURA PATOLOGIA
Bianca Maria C. da Cunha 5 anos 15 kg 95 cm Mielomeningocele (Diplegia Flácida)
Kemyli Vitória Mafra 2 anos 13 kg 80 cm Paralisia Cerebral
(Hemiplegia Espástica)
Matheus Henrique Mafra 4 anos 15 kg 110 cm Paralisia Cerebral
(Tetraplegia Espástica)
Nicolas Correia de Alencar 4 anos 9 kg 85 cm Paralisia Cerebral
(Tetraplegia Espástica)
116
3. Qual foi a frequência (horas por dia) de realização dos testes na cadeira?
R: Todas elas foram testadas na cadeira de segunda–feira à sexta–feira no período
da tarde durante 30 minutos.
4. Quais as atividades que foram realizadas com as crianças na cadeira?
R: Adequação postural e de posicionamento;
Controle cervical e de tronco;
Bipedestação;
Equilíbrio estático;
Mudança postural.
5. Com base no número de crianças que realizaram os testes e no desempenho
dos testes, até qual faixa etária e estatura a cadeira poderia atender? E acima
desse limite, de que jeito seria possível utilizar a cadeira?
R: Devido ao perfil do aluno, da síndrome e/ou sua neuropatologia, a idade e
estatura podem ser diferentes.
6. Quais os principais benefícios terapêuticos que a cadeira traz para os
pacientes?
R: Posição ortostática;
Melhora do sistema cardiorrespiratório;
Peristaltismo intestinal;
Melhora da função visceral;
Autoestima;
Mobilidade de membros superiores;
Desenvolvimento osteoarticular;
Coordenação motora global e fina;
Propriocepção músculo articular;
Prevenção de deformidades;
Fortalecimento muscular em membros inferiores;
Estímulo de propriocepção;
Eventuais inibições de reflexos patológicos.
117
7. A cadeira oferece segurança e estabilidade necessárias para uso diário?
R: sim
8. Existe algo que poderia ser adicionado que melhoraria seu uso ou ofereceria
maior estabilidade e segurança?
R: Sim, melhorar o apoio podal (apoio para os pés), melhorar o posicionamento das
faixas e a colocação de um colete para melhorar a estabilidade de tronco.
9. Com relação à interface com o usuário (controle), você acha que ficou
usual? As funções "AUTOMATICO" e "MANUAL" que ela oferece são
satisfatórias?
R: Ambas as funções são bastante satisfatórias, principalmente a manual que é a
que mais utilizamos.
10. Ha algo que poderia ser adicionado ao controle? Como por exemplo mais
alguma função que a cadeira poderia executar?
R: Atualmente não.
11. Qual foi a grande vantagem em ter um equipamento de exercícios
automatizado?
R: Podemos trabalhar com o paciente sentado e no mesmo equipamento coloca-lo
na posição ortostática.
12. Para os profissionais da saúde, a cadeira representa uma melhoria
significativa no trabalho diário?
R: Sim.
13. Se o protótipo viesse a se tornar um produto industrializado, você acha que
as instituições recorreriam a esse recurso?
R: Sim.
118
14. Você acha viável uma instituição ter diversos equipamentos deste tipo, não
somente a cadeira, para automação dos exercícios?
R: Sim, desde que tenham os alunos para cada equipamento. Sugerimos
disponibilizar, para as escolas, diferentes equipamentos para que possamos usar
conforme a demanda. Assim, podemos começar a fazer uma comparação e
avaliação geral entre todos os testes para criarmos um banco de dados entre as
escolas.
15. Você já viu algum produto parecido no mercado?
R: Sim, porém de alto custo (inacessível).
119
ANEXO A – INFORMARÇÕES TÉCNICAS DO MOTOR
