Sistemas inerciais para acelerometria e uso em medições de VCI

• Main Author: Bigolin, Leonardo
• Publication Date: 2016
• Format: Bachelor thesis
• Language: por
• Source: Repositório Institucional da UFRGS
• Download full: http://hdl.handle.net/10183/150499
• topic: Engenharia mecânica; Mechanical vibration; WBV; Quaternions; Arduino; Acceleration

A medição de grandezas de esforços físicos a que estão expostos os seres humanos durante suas atividades do dia a dia é de grande interesse quando se deseja avaliar se estas podem trazer algum dano ou prejuízo à saúde ou mesmo apenas causar desconforto. Especificamente, referente à aceleração, esta pode trazer prejuízos que são desde moderados a severos. Sistemas de medição para acelerações e posições angulares possuem um elevado custo e muitas vezes são limitados a apenas leituras resumidas de dados com uma portabilidade que é questionável. Baseado na necessidade de sistemas portáteis para medição de vibração, neste trabalho desenvolve-se um protótipo de sistema de aquisição de dados para acelerações em três direções, além das posições angulares, totalizando 6 graus de liberdade. A correta medição das acelerações em referência a um sistema cartesiano, quando o ser humano, que carrega os sensores, está em movimento, deve levar em conta este movimento translacional e rotacional. Caso contrário, erros relativamente grandes serão percebidos nas componentes de aceleração. O sistema proposto é montado com o uso do Arduino, uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e placa única, e um acelerômetro digital de precisão e baixo custo. O trabalho é motivado pela constatação de que o uso de acelerômetros com três eixos é, quase sempre, feito sem a devida correção das componentes de giro existentes quando o sistema está em movimento, levando a leituras erradas para as acelerações. Desta forma, o equacionamento para a correção das acelerações translacionais em virtude do movimento e rotações sofridas pelo acelerômetro foi adequado através do uso dos vetores quadridimensionais, os quaternions. Este trabalho descreve o protótipo desenvolvido, assim como as equações necessárias à programação das correções das leituras. Ensaios experimentais são feitos com o objetivo de calibrar o sistema em relação a acelerômetros comerciais e de comparar medições com e sem as correções propostas. Posteriormente, o sistema é aplicado a um caso real de ser humano caminhando, onde a importância destas correções é ressaltada e é possível, ainda, identificar e analisar o padrão de caminhada.