BR102018073211A2

BR102018073211A2 - ISOCINETIC DYNAMOMETER FOR DIAGNOSIS AND PERFORMING PALM PRESSURE EXERCISES

Info

Publication number: BR102018073211A2
Application number: BR102018073211-0A
Authority: BR
Inventors: Lucas Da Rosa Secco; Josivaldo Godoy Da Silva; Iandara Schettert Silva; Suzi Rosa Miziara Barbosa
Original assignee: Universidade Federal De Mato Grosso Do Sul; Lucas Da Rosa Secco; Josivaldo Godoy Da Silva; Iandara Schettert Silva; Suzi Rosa Miziara Barbosa
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-06-02

Abstract

dinamômetro isocinético para diagnostico e realização de exercícios de preensão palmar. o objetivo desta invenção é apresentar um dinamômetro isocinético que possui características e soluções inovadoras, ao compará-lo com os dinamômetros biomédicos convencionais. o dinamômetro isocinético é constituído de uma estrutura mecânica formada por duas hastes, um fuso que permite o deslocamento da haste móvel, extensômetros ligados em ponte completa de wheatstone, circuito eletrônico de condicionamento de sinais, placa de aquisição de dados, motor elétrico de passo, circuito de controle do motor de passo, interface desenvolvida em software labview e um microcomputador. a aferição da força de preensão palmar é realizada em relação ao tempo e ao deslocamento da haste móvel, tendo como finalidade a identificação da força de preensão máxima e a identificação da posição da haste móvel. nesse dinamômetro embarcou-se técnicas de inteligência artificial que foram capazes de determinar automaticamente o espaçamento ideal entre as hastes. em visto do exposto verifica-se o aumento substancial das informações produzidas pelo dinamômetro isocinético em relação a quantidade de informações geradas pelos dinamômetros convencionais. como conclusão, pode-se afirmar que o dinamômetro isocinético possui grande potencial de aplicação a área de medicina esportiva, ortopedia e fisioterapia.isokinetic dynamometer for diagnosing and performing hand grip exercises. the objective of this invention is to present an isokinetic dynamometer that has innovative features and solutions, when comparing it with conventional biomedical dynamometers. the isokinetic dynamometer consists of a mechanical structure formed by two rods, a spindle that allows the displacement of the movable rod, extensometers connected to a complete wheatstone bridge, electronic signal conditioning circuit, data acquisition plate, electric stepper motor, control circuit of the stepper motor, interface developed in labview software and a microcomputer. the measurement of the handgrip strength is performed in relation to the time and displacement of the mobile rod, with the purpose of identifying the maximum grip force and identifying the position of the mobile rod. in this dynamometer, artificial intelligence techniques were loaded which were able to automatically determine the ideal spacing between the rods. in view of the above, there is a substantial increase in the information produced by the isokinetic dynamometer in relation to the amount of information generated by conventional dynamometers. as a conclusion, it can be said that the isokinetic dynamometer has great potential for application in the field of sports medicine, orthopedics and physiotherapy.

Description

DINAMÔMETRO ISOCINÉTICO PARA DIAGNOSTICO E REALIZAÇÃO DE EXERCÍCIOS DE PREENSÃO PALMAR.ISOCINETIC DYNAMOMETER FOR DIAGNOSIS AND PERFORMING PALM PRESSURE EXERCISES.

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um dinamômetro biomédico isocinético capaz de realizar medições de forças de preensão palmar variante ao longo do tempo, realizadas durante a prática de exercícios manuais definidos por profissionais de saúde. Esses exercícios são executados por usuários e também por atletas do esporte de qualquer idade e de ambos os sexos, que apresentem anomalias físicas que atingem a mão ou que necessitem melhorar o desempenho do próprio corpo. O dinamômetro biomédico isocinético em destaque apresenta ótima sensibilidade nas respostas em relação as medições realizadas, possui capacidade de gerar gráficos referentes às forças manuais exercidas, realizar analises, registrar informações referentes às medições produzidas e também às informações pessoais do usuário em um banco de dados.Field of the Invention [001] The present invention relates to an isokinetic biomedical dynamometer capable of performing variant handgrip strength measurements over time, performed during the practice of hand exercises defined by health professionals. These exercises are performed by users and also by sport athletes of any age and of both sexes, who have physical anomalies that reach the hand or that need to improve the performance of the body itself. The highlighted isokinetic biomedical dynamometer presents excellent sensitivity in the responses in relation to the measurements performed, has the ability to generate graphs referring to the manual forces exerted, perform analyzes, record information regarding the measurements produced and also the user's personal information in a database.

[002] As informações armazenadas no banco de dados são processadas por meio de técnicas matemáticas de Inteligência Artificial. Esse processamento permite obter inicialmente o espaçamento entre as hastes para o caso de realização de exames em que ambas as hastes permanecem estáticas. Já no caso de exames isocinéticos o processamento permite obter e definir a velocidade de deslocamento da haste móvel (2) e também estabelecer automaticamente o limite de velocidade na movimentação da mesma haste (2).[002] The information stored in the database is processed using mathematical techniques of Artificial Intelligence. This processing allows initially to obtain the spacing between the nails in the case of exams in which both nails remain static. In the case of isokinetic exams, processing allows obtaining and defining the displacement speed of the mobile rod (2) and also automatically establishing the speed limit in the movement of the same rod (2).

Estado da Técnica [003] Em geral, dinamômetros biomédicos palmares apresentam estruturas estáticas ou que realizam pequenas movimentações onde o esforço manual aplicado produz deformação cuja resposta é apresentada na forma analógica ou digital.State of the Art [003] In general, handheld biomedical dynamometers have static structures or that perform small movements where the applied manual effort produces deformation whose response is presented in analog or digital form.

[004] As estruturas mecânicas desses dinamômetros são constituídas de hastes que permitem a acomodação da mão que está sob teste, durante a aplicação da força manual.[004] The mechanical structures of these dynamometers are made of rods that allow the accommodation of the hand under test, during the application of manual force.

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Essa estrutura mecânica é constituída de molas que se opõem a força manual e que possuem solidariamente um ponteiro indicador. A medida que se aplica força manual cuja intensidade varia, ocorre o deslocamento do ponteiro na escada graduada.This mechanical structure consists of springs that are opposed to manual force and that have severally an indicator pointer. As manual force is applied, whose intensity varies, the pointer moves on the graduated ladder.

[005] Existe um dinamômetro hidráulico no qual a força humana atua em um sistema constituído de molas e fluido. A intensidade da força manual provoca o deslocamento do fluido através de um duto capilar até um manômetro. A pressão exercida pelo fluido dentro do manômetro faz com que ocorra o deslocamento do ponteiro solidário, gerando uma resposta analógica e assim permitindo a realização da leitura.[005] There is a hydraulic dynamometer in which the human force acts in a system consisting of springs and fluid. The intensity of the manual force causes the fluid to move through a capillary duct to a pressure gauge. The pressure exerted by the fluid inside the manometer causes the displacement of the solidary hand to occur, generating an analog response and thus allowing the reading to take place.

[006] Um outro dinamômetro existente é constituído de hastes mecânicas e sensores eletromecânicos do tipo piezelétricos, resistivos, capacitivos, indutivos ou a base de fibra óptica, que são fixados a estrutura mecânica. A aplicação da força palmar humana produz uma resposta elétrica equivalente. Essa resposta elétrica do sensor gera um efeito magnético capaz de deslocar um ponteiro posicionado sobre uma escala graduada. Em outro caso o sinal analógico produzido é convertido em sinal digital e posteriormente apresentado em um display.[006] Another existing dynamometer consists of mechanical rods and electromechanical sensors of the piezoelectric, resistive, capacitive, inductive type or based on optical fiber, which are fixed to the mechanical structure. The application of human palmar force produces an equivalent electrical response. This electrical response from the sensor generates a magnetic effect capable of displacing a pointer positioned on a graduated scale. In another case, the analog signal produced is converted into a digital signal and later presented on a display.

Problemas existentes [007] Em geral, os dinamômetros biomédicos encontrados no mercado são caracterizados por possuírem projeto puramente mecânico tal como o dinamômetro hidráulico (Jamar), pneumático ou eletromecânico no qual são instalados extensômetros. Esses dinamômetros possuem projetos constituídos de estruturas puramente mecânicas ou eletromecânicas e que necessitam de um circuito eletrônico de condicionamento de sinais. Esses dinamômetros fornecem informações referentes às medições realizadas na forma analógica ou então analógica-digital.Existing problems [007] In general, the biomedical dynamometers found on the market are characterized by having a purely mechanical design such as the hydraulic dynamometer (Jamar), pneumatic or electromechanical in which extensometers are installed. These dynamometers have designs made up of purely mechanical or electromechanical structures and which require an electronic signal conditioning circuit. These dynamometers provide information regarding measurements taken in analog or digital-analog form.

[008] O dinamômetro puramente mecânico, em geral, possuí estrutura cuja massa é elevada, sendo isso um fator que restringe o manuseio pelo usuário e obriga o mesmo a realizar esforço físico adicional. Além disso, a deterioração das juntas de vedações de[008] The purely mechanical dynamometer, in general, has a structure whose mass is high, which is a factor that restricts handling by the user and forces the user to perform additional physical effort. In addition, the deterioration of gasket seals

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3/10 fluido no duto ou no próprio manômetro acarretam vazamento e, consequentemente, a adulteração da resposta, induzindo o profissional da saúde ao erro de diagnóstico. Outro fator limitante refere-se à utilização do manômetro de pressão, cuja graduação da escala exige do profissional de saúde capacitação adequada para interpretar as leituras.3/10 fluid in the duct or in the manometer itself causes leakage and, consequently, the adulteration of the response, inducing the health professional to misdiagnosis. Another limiting factor refers to the use of the pressure gauge, whose scale graduation requires the health professional to have adequate training to interpret the readings.

[009] Um outro tipo de dinamômetro é aquele que não utiliza fluido, mas um conjunto de engrenagens como meio de transmissão e amplificação da resposta produzida pela força manual. Outro problema relacionado à presença de engrenagens refere-se a falta de lubrificação que acelera o desgaste dos dentes e provoca torção dos pinos de sustentação, provocando a adulteração da resposta.[009] Another type of dynamometer is one that does not use fluid, but a set of gears as a means of transmission and amplification of the response produced by manual force. Another problem related to the presence of gears refers to the lack of lubrication that accelerates the wear of the teeth and causes twisting of the support pins, causing the response to be adulterated.

[010] Os projetos das estruturas mecânicas desses dinamômetros se caracterizam pela especificidade da faixa etária ou pela capacidade física dos usuários. Essa especificidade de projeto limita a aplicação desses equipamentos.[010] The designs of the mechanical structures of these dynamometers are characterized by the specificity of the age group or the physical capacity of the users. This specificity of design limits the application of this equipment.

[011] No caso dos dinamômetros biomédicos com sensores do tipo extensômetros, esses, em geral, são formados por duas hastes fixadas em posições definidas pelo profissional de saúde. Nestas hastes são colados os extensômetros capazes de captar a deformação estrutural decorrente da aplicação da força manual e gerar resposta elétrica proporcional. A limitação do projeto das duas hastes desses dinamômetros ocorre devido a definição de uma estreita faixa de aplicação de força. Isso é estabelecido com objetivo de maximizar a deformação estrutural e assim tornar o dinamômetro mais sensível. Outro fato importante é que as duas hastes não são substituíveis e, assim, não consideram a anatomia da mão de cada usuário e nem a existência de anormalidades que dificultariam a realização dos testes.[011] In the case of biomedical dynamometers with extensometer-type sensors, these, in general, are formed by two rods fixed in positions defined by the health professional. Extensometers capable of capturing the structural deformation resulting from the application of manual force and generating proportional electrical response are glued to these rods. The design limitation of the two rods of these dynamometers is due to the definition of a narrow force application range. This is established in order to maximize the structural deformation and thus make the dynamometer more sensitive. Another important fact is that the two rods are not replaceable and, therefore, do not consider the anatomy of each user's hand or the existence of abnormalities that would make the tests difficult.

[012] Vários autores defendem a necessidade de se obter um espaçamento ideal entre as hastes considerando a dimensão de cada mão, visando maximizar a capacidade de realização da força manual de preensão. Entretanto, isso não é possível de se obter no caso do dinamômetro eletromecânico estático e convencional. No caso do dinamômetro[012] Several authors defend the need to obtain an ideal spacing between the rods considering the dimension of each hand, aiming to maximize the capacity to perform the manual grip strength. However, this is not possible in the case of the static and conventional electromechanical dynamometer. In the case of the dynamometer

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4/10 convencional, as possibilidades de posicionamento da haste móvel são insuficientes para atender amplamente qualquer usuário.4/10 conventional, the possibilities of positioning the movable rod are insufficient to suit any user.

[013] No caso dos dinamômetros biomédicos constituídos por sensores do tipo piezelétrico, capacitivo, indutivo ou a base de fibra óptica, estes também são fixados a estrutura mecânica onde se aplica a força manual e consequentemente gera uma resposta proporcional ao esforço físico realizado. Esses dinamômetros apresentam além das limitações que já foram apresentadas, o fato de serem onerosos na aquisição e na reposição dos sensores, tal como o de fibra óptica. Além disso, o circuito eletrônico de condicionamento de sinais necessário desses dinamômetros é mais complexo e também mais oneroso. Em vista disto, esses dinamômetros possuem aplicação restrita na área de saúde.[013] In the case of biomedical dynamometers consisting of piezoelectric, capacitive, inductive or fiber-optic type sensors, these are also fixed to the mechanical structure where manual force is applied and consequently generates a response proportional to the physical effort performed. These dynamometers present, in addition to the limitations that have already been presented, the fact that they are costly in the acquisition and replacement of sensors, such as fiber optics. In addition, the electronic signal conditioning circuit required for these dynamometers is more complex and also more expensive. In view of this, these dynamometers have restricted application in the health area.

[014] Os atuais dinamômetros biomédicos disponíveis no mercado não apresentam benefícios qualitativos relevantes, devido ao fato das tecnologias empregadas serem convencionais ou obsoletas, o que resulta inclusive no fato de não fornecerem informação instantânea do esforço manual realizado ao longo do tempo e também não fornecerem informação gráfica da forma de onda criada pela aplicação da força.[014] The current biomedical dynamometers available on the market do not present relevant qualitative benefits, due to the fact that the technologies employed are conventional or obsolete, which results even in the fact that they do not provide instant information of the manual effort made over time and also do not provide graphical information of the waveform created by the application of force.

Objetivos da Invenção [015] Visando superar as qualidades e eliminar as várias limitações encontradas nos dinamômetros biomédicos disponíveis no mercado, propôs-se desenvolver esta invenção, um dinamômetro isocinético que é capaz de facilitar a realização das aferições de força de preensão palmar e também de força variante ao longo do tempo realizadas por usuários e por atletas do esporte. No dinamômetro isocinético ocorrem fenômenos físicos importantes que não acontecem nos dinamômetros anteriores.Objectives of the Invention [015] In order to overcome the qualities and eliminate the various limitations found in the biomedical dynamometers available on the market, it was proposed to develop this invention, an isokinetic dynamometer that is capable of facilitating the performance of handgrip strength measurements and also of variant force over time by users and sports athletes. In the isokinetic dynamometer, important physical phenomena occur that do not happen in previous dynamometers.

[016] O primeiro fenômeno caracteriza-se por realizar, de forma automática, a movimentação com velocidade constante da haste móvel (2) de forma a aproximá-la e também recuá-la continuamente da haste fixada (4) a à estrutura estática do dinamômetro.[016] The first phenomenon is characterized by the automatic movement of the movable rod (2) in an automatic manner in order to bring it closer and also to continuously retract it from the rod attached (4) to the static structure of the dynamometer.

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Esse movimento de aproximação e de recuo permite a realização da mensuração do esforço palmar com a mão que se apoia em ambas as hastes (2) e (4), sendo que o espaçamento adequado entre elas é definido automaticamente considerando a dimensão da mão do usuário que está realizando o esforço.This approach and retreat movement allows the measurement of the palmar effort with the hand that rests on both rods (2) and (4), with the appropriate spacing between them being automatically defined considering the dimension of the user's hand. that is making the effort.

[017] Outra solução relevante deste novo dinamômetro é permitir que a haste móvel (2) também seja fixada na estrutura do dinamômetro, numa posição que pode ser definida pelo profissional de saúde ou de forma automática pelo equipamento a partir do processamento de informações realizada em seu banco de dados. Esta solução torna o funcionamento do dinamômetro atual semelhante aos dinamômetros eletromecânicos convencionais. Essa condição é um fator que pode ser escolhida pelo profissional de saúde.[017] Another relevant solution for this new dynamometer is to allow the movable rod (2) to also be fixed on the dynamometer structure, in a position that can be defined by the health professional or automatically by the equipment from the information processing performed in your database. This solution makes the operation of the current dynamometer similar to conventional electromechanical dynamometers. This condition is a factor that can be chosen by the health professional.

[018] A invenção também permite a realização de exercícios de fisioterapia ou de melhoria muscular para atletas. Esses exercícios podem ser configurados antes ou durante a movimentação da haste móvel (2), por meio da definição de parâmetros específicos como força, velocidade, aceleração ou tempo. A realização dos exercícios é monitorada ao longo do tempo pelo profissional de saúde por meio de interface gráfica desenvolvida no software Labview. O banco de dados contendo informações do usuário permite o acompanhamento da melhoria no desempenho.[018] The invention also allows physiotherapy or muscle improvement exercises to be performed for athletes. These exercises can be configured before or during the movement of the mobile rod (2), by defining specific parameters such as force, speed, acceleration or time. The performance of the exercises is monitored over time by the health professional through a graphical interface developed in the Labview software. The database containing user information allows monitoring of performance improvement.

Novidade [019] Como novidade destaca-se a automatização do movimento da haste móvel (2) em relação a haste fixa (4). Esta automatização permite captar informações da força variante longo do tempo, da força máxima de preensão, posição, velocidade e aceleração da haste móvel (2) no fuso.New [019] As a novelty, the automation of the movement of the movable rod (2) in relation to the fixed rod (4) stands out. This automation allows to capture information about the variant force over time, the maximum gripping force, position, speed and acceleration of the mobile rod (2) in the spindle.

[020] A quantidade de informações obtidas por esta nova metodologia primeiramente supera amplamente o número de informações provenientes dos dinamômetros convencionais. Essa quantidade superior de informações auxilia o profissional da saúde[020] The amount of information obtained by this new methodology primarily exceeds the number of information from conventional dynamometers. This superior amount of information helps the health professional

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6/10 a diagnosticar de forma precisa o estado do usuário e também permite adotar procedimentos que garantam a evolução do usuário.6/10 to accurately diagnose the user's state and also allows adopting procedures that guarantee the user's evolution.

[021] Todos os dados obtidos são processados por meio de técnicas de Inteligência Artificial e apresentados em tempo real na interface gráfica, sendo armazenados em um banco de dados computacional que permite análise do profissional de saúde.[021] All data obtained are processed using Artificial Intelligence techniques and presented in real time on the graphical interface, being stored in a computational database that allows analysis by the health professional.

Breve Descrição [022] O dinamômetro isocinético é constituído duas hastes, sendo uma (4) fixada a estrutura mecânica, enquanto a outra (2) se movimenta ao longo do fuso (5). Essas hastes podem ser desenvolvidas em vários materiais como metal, acrílico, polímero, PVC ou plástico.Brief Description [022] The isokinetic dynamometer consists of two rods, one (4) being fixed to the mechanical structure, while the other (2) moves along the spindle (5). These rods can be developed in various materials such as metal, acrylic, polymer, PVC or plastic.

[023] Nas hastes (2) e (4) são fixados apoios removíveis (1) e (3), que são substituídos conforme o formato dos dedos da mão e também considerando a presença de anomalias formológicas. Esses apoios (1) e (3) podem ser desenvolvidos em couro ou acrílico.[023] Removable supports (1) and (3) are attached to the rods (2) and (4), which are replaced according to the shape of the fingers and also considering the presence of formological anomalies. These supports (1) and (3) can be developed in leather or acrylic.

[024] Na haste fixa (4) são colados extensômetros adequados às dimensões da região mais sensível da estrutura. A resposta dos extensômetros é ligada ao circuito eletrônico de condicionamento de sinais, que por sua vez gera um sinal elétrico devidamente tratado, que é submetido à placa de aquisição de dados. A resposta digitalizada da placa de aquisição de dados, por sua vez, é apresentada e analisada por meio de uma interface gráfica.[024] Extensometers suitable for the dimensions of the most sensitive region of the structure are attached to the fixed rod (4). The response of the extensometers is linked to the electronic signal conditioning circuit, which in turn generates a properly treated electrical signal, which is submitted to the data acquisition board. The digitized response of the data acquisition board, in turn, is presented and analyzed using a graphical interface.

[025] A rotação do fuso (5) é realizada por meio de um motor elétrico de passo (6) comandado por meio de um circuito de controle de malha fechada contido em um micro controlador, que terão os extensômetros como elementos de monitoramento do mecanismo.[025] The rotation of the spindle (5) is performed by means of an electric stepper motor (6) controlled by means of a closed loop control circuit contained in a micro controller, which will have the strain gauges as monitoring elements of the mechanism .

Descrição das Figuras [026] A invenção pode ser mais bem compreendida com referência aos desenhos abaixo discriminados.Description of the Figures [026] The invention can be better understood with reference to the drawings described below.

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7/10 [027] A figura 1 mostra a estrutura mecânica tridimensional do dinamômetro isocinético, na qual tem-se que:7/10 [027] Figure 1 shows the three-dimensional mechanical structure of the isokinetic dynamometer, in which:

- Apoio da Haste móvel- Support of the movable rod

- Haste móvel- Movable rod

- Apoio da Haste fixa- Fixed rod support

- Haste fixa- Fixed rod

- Base montada (Eixo linear, fuso, rolamentos)- Mounted base (Linear axis, spindle, bearings)

- Controladores (PCI e Motor de Passo)- Controllers (PCI and Stepper Motor)

- Régua indicadora de deslocamento e 9 - Fim de curso (sensores limitadores) [028] A figura 2 mostra os elementos da malha fechada de controle do motor elétrico. [029] A figura 3 mostra o layout do circuito contendo o oscilador, dinamômetro isocinético, interação com usuário, circuito eletrônico de condicionamento de sinais, placa de aquisição de dados, microcomputador e interface amigável desenvolvida em software Labview.- Displacement ruler and 9 - Limit switch (limit sensors) [028] Figure 2 shows the elements of the electric motor control closed loop. [029] Figure 3 shows the layout of the circuit containing the oscillator, isokinetic dynamometer, user interaction, electronic signal conditioning circuit, data acquisition board, microcomputer and friendly interface developed in Labview software.

[030] A figura 4 mostra a curva de calibração considerando que os extensômetros foram fixados a haste fixa (4).[030] Figure 4 shows the calibration curve considering that the extensometers were fixed to the fixed rod (4).

[031] A figura 5 mostra a resposta do dinamômetro ao retirar-se do apoio da haste (4) uma massa de 60 kg abruptamente.[031] Figure 5 shows the dynamometer response when abruptly removing a mass of 60 kg from the stem support (4).

[032] A figura 6 mostra a resposta do dinamômetro quando se aplicou no apoio da haste fixa (4) forças provenientes dos dedos da mão para a realização de um exercício aleatório variante ao longo do tempo.[032] Figure 6 shows the dynamometer's response when forces from the fingers were applied to the fixed rod support (4) to perform a random variant exercise over time.

Descrição da Invenção [033] O dinamômetro isocinético, diferente dos dinamômetros convencionais, realiza a movimentação de uma de suas hastes com velocidade constante durante todo o percurso do fuso, independentemente do esforço manual realizado pelo usuário. Esse recursoDescription of the Invention [033] The isokinetic dynamometer, different from conventional dynamometers, performs the movement of one of its rods with constant speed during the entire spindle path, regardless of the manual effort made by the user. This feature

Petição 870190001644, de 07/01/2019, pág. 9/14Petition 870190001644, of 01/07/2019, p. 9/14

8/10 permite obter e registrar informações referentes às forças de preensão variantes ao longo do tempo, posição da haste no mecanismo do fuso e também as forças instantâneas.8/10 allows to obtain and record information regarding the varying grip forces over time, position of the rod in the spindle mechanism and also the instantaneous forces.

[034] É característica da invenção ser constituída por duas hastes contendo apoios removíveis (1) e (3), sendo uma haste móvel (2) e uma haste fixa (4), um engate rápido por pressão que possibilita a rápida substituição dos apoios instalados (1) e (3), por apoios adequados ao tamanho e ao formato da mão de cada usuário.[034] It is characteristic of the invention that it consists of two rods containing removable supports (1) and (3), being a movable rod (2) and a fixed rod (4), a quick pressure coupling that allows the quick replacement of the supports (1) and (3), using supports suitable for the size and shape of each user's hand.

[035] O apoio (3) da haste fixa (4) apresenta formato complementar a palma da mão, enquanto o apoio (1) da haste móvel (2) apresenta um formato complementar para os dedos da mão, com espessura que varia considerando diferentes empunhaduras.[035] The support (3) of the fixed rod (4) has a complementary shape to the palm of the hand, while the support (1) of the movable rod (2) has a complementary shape for the fingers, with thickness that varies considering different grips.

[036] Os apoios (1) e (3) foram desenvolvidos em latão que apresenta baixo custo de aquisição e fácil usinagem. Além disso, esses apoios (1) e (3) também podem ser confeccionados utilizando diversos materiais como acrílico, polímero, metal, couro com espuma ou qualquer outro material que permita acomodar ergonomicamente a mão do usuário.[036] The supports (1) and (3) were developed in brass that presents low cost of acquisition and easy machining. In addition, these supports (1) and (3) can also be made using various materials such as acrylic, polymer, metal, leather with foam or any other material that allows the user's hand to be ergonomically accommodated.

[037] A aplicação da força de preensão nos apoios (1) e (3) pode ser realizada por qualquer uma das mãos do usuário, dependendo somente de sua capacidade física, de forma que não haja qualquer impedimento para a soltura das mesmas caso ocorra qualquer desconforto físico durante a movimentação automática e linear entre as hastes.[037] The application of the gripping force to the supports (1) and (3) can be carried out by any of the user's hands, depending only on their physical capacity, so that there is no impediment to the release of the same if it occurs any physical discomfort during automatic and linear movement between the rods.

[038] O espaçamento entre as duas hastes (2) e (4) serão controladas automaticamente por meio do software. Esse software determina o espaçamento máximo que a haste (2) poderá atingir em relação a haste (4). Esse espaçamento é obtido por meio de técnicas de Inteligência Artificial considerando as dimensões pré-definidas das mãos de cada usuário. [039] É característica a invenção o desenvolvimento de um software de malha fechada capaz de controlar o sentido e velocidade de movimentação da haste (2) conforme figura (2). Este controle de movimento é executado pelo motor elétrico (6) que acionará o mecanismo do fuso (5).[038] The spacing between the two rods (2) and (4) will be automatically controlled through the software. This software determines the maximum spacing that the stem (2) can reach in relation to the stem (4). This spacing is obtained through Artificial Intelligence techniques considering the predefined dimensions of each user's hands. [039] The invention is characterized by the development of closed-loop software capable of controlling the direction and speed of movement of the rod (2) as shown in figure (2). This movement control is performed by the electric motor (6) that will drive the spindle mechanism (5).

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9/10 [040] É característica da invenção utilizar uma placa eletrônica (6) para alimentação e controle da operação do motor.9/10 [040] It is characteristic of the invention to use an electronic plate (6) to supply and control the operation of the motor.

[041] A limitação de movimentação da haste móvel (2) é monitorada por sensores fim de curso (8) e (9) que geram informações referentes aos limites de posicionamento da haste (2). Esse monitoramento permite evitar o risco de causar danos ao dinamômetro e também acidente com o usuário.[041] The limitation of movement of the mobile rod (2) is monitored by limit switches (8) and (9) that generate information regarding the positioning limits of the rod (2). This monitoring allows to avoid the risk of causing damage to the dynamometer and also accident to the user.

[042] É característica da invenção possuir uma interface computacional desenvolvida com software Labview. Essa interface plota gráficos, analisa os comportamentos, registra informações pessoais e também informações provenientes da força preensão e forças variantes ao longo do tempo produzidas pela mão do usuário. Além disso, essa interface destaca os pontos de força máxima, mínima, força média e pontos de inflexão nos gráficos.[042] It is characteristic of the invention to have a computational interface developed with Labview software. This interface plots graphs, analyzes behaviors, records personal information and also information from the grip strength and varying forces over time produced by the user's hand. In addition, this interface highlights the maximum, minimum, average strength and inflection points on the graphs.

[043] É característica da invenção o desenvolvimento de um dinamômetro biomédico isocinético capaz de realizar a aferição e fornecer a leitura da força de preensão palmar na faixa de 10 N a 1000 N.[043] It is characteristic of the invention to develop an isokinetic biomedical dynamometer capable of measuring and providing the reading of the handgrip strength in the range of 10 N to 1000 N.

[044] A medição da deformação proveniente da aplicação da força de preensão é realizada pela ponte de Wheatstone contendo extensômetros que está fixada na haste (4). Esses sensores geram um sinal elétrico correspondente, que é modulado, amplificado, filtrado e digitalizado por meio da placa de aquisição de dados que está conectada a um software desenvolvido em Labview e que foi instalado em um microcomputador, como mostrado na figura 3.[044] The measurement of the deformation resulting from the application of the gripping force is performed by the Wheatstone bridge containing strain gauges that are attached to the rod (4). These sensors generate a corresponding electrical signal, which is modulated, amplified, filtered and digitized through the data acquisition board that is connected to software developed in Labview and which was installed on a microcomputer, as shown in figure 3.

[045] A disposição dos extensômetros em ponte completa de Wheatstone elimina ruídos de natureza eletromagnética, efeito indesejável de capacitância e o efeito produzido pela variação de temperatura no ambiente. Esta ponte de Wheatstone contendo os extensômetros é colada na haste (4), no qual terá sua seção transversal reduzida para[045] The arrangement of Wheatstone full bridge extensometers eliminates noise of an electromagnetic nature, an undesirable effect of capacitance and the effect produced by temperature variation in the environment. This Wheatstone bridge containing the extensometers is glued to the stem (4), which will have its cross section reduced to

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10/10 produzir maior deformação e consequentemente maior sensibilidade com a aplicação da força humana.10/10 produce greater deformation and consequently greater sensitivity with the application of human force.

[046] Para calibração do dinamômetro isocinético, inicialmente realizou-se o carregamento colocando-se massas padronizadas de 10 kg em um cesto que possui um fio pendurado na haste (4), até o limite de 100 kg. Em seguida, realizou-se o processo de descarregamento do cesto, retirando-se gradativamente massa de 10 kg até regressar a 10 kg. O gráfico gerado é apresentado na figura 4.[046] To calibrate the isokinetic dynamometer, the loading was initially carried out by placing standardized 10 kg masses in a basket that has a wire hanging from the rod (4), up to the limit of 100 kg. Then, the basket was unloaded, gradually removing 10 kg mass until it returned to 10 kg. The generated graph is shown in figure 4.

[047] Na fase seguinte, verificou-se o tempo de resposta do dinamômetro por meio do descarregamento instantâneo de uma massa de 60 kg conforme mostrado na figura 5.[047] In the next phase, the response time of the dynamometer was verified through the instant unloading of a mass of 60 kg as shown in figure 5.

[048] É característica da invenção de um dinamômetro biomédico isocinético, além de permitir realizar a aferição de forma isocinética, essa mesma invenção também permite realizar medição da força de preensão conforme procedimento de dinamômetros estáticos. Isso é obtido com a fixação da posição da haste (2) considerando a necessidade do profissional de saúde para a realização de aferição palmar.[048] It is characteristic of the invention of an isokinetic biomedical dynamometer, in addition to allowing the measurement in an isokinetic way, that same invention also allows the measurement of grip strength according to the procedure of static dynamometers. This is achieved by fixing the position of the nail (2) considering the need for the health professional to perform palmar gauging.

[049] É característica da invenção de um dinamômetro biomédico isocinético também poder identificar automaticamente a distância de abertura entre a haste (2) e a haste (4), por meio do software Labview. Esse espaçamento permite ao usuário realizar o máximo esforço de preensão.[049] It is characteristic of the invention of an isokinetic biomedical dynamometer that it can also automatically identify the opening distance between the stem (2) and the stem (4), using the Labview software. This spacing allows the user to perform the maximum gripping effort.

[050] A obtenção do espaçamento ideal entre as hastes (2) e (4) é conseguida a partir de informações pessoais dos usuários que se encontram armazenadas no banco de dados do equipamento. Essas informações são processadas por meio de técnicas matemáticas de Inteligência Artificial.[050] Obtaining the ideal spacing between the rods (2) and (4) is achieved from the personal information of the users that are stored in the equipment's database. This information is processed using mathematical techniques of Artificial Intelligence.

Foi realizado também o teste que consistiu na aplicação de força de preensão manual aleatória visando obter o comportamento da resposta do dinamômetro conforme demonstrado na figura 6.The test was also performed, which consisted of applying random handgrip strength to obtain the dynamometer response behavior as shown in figure 6.

Claims

1. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises between 10 N to 1000 N characterized by having a dynamic displacement system of a rod, strain gauges in complete Wheatstone bridge bonded to the fixed rod, electronic signal conditioning circuit and a computational interface developed in Labview software.

2. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 1, characterized by having removable hand supports fixed by quick coupling on each rod, allowing the replacement and adjustment by ergonomic supports.

3. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 1, characterized by the existence of a fixed rod and a movable rod, with position and speed control of the movable rod according to the formological limitation of each user.

4. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 1, characterized by having a complete bridge of extensometers that electrically responds to the gripping force and the varying manual forces over time that are applied by the hand support.

5. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 1, characterized by a closed loop control circuit developed to control the stepper electric motor, ensuring the occurrence of constant speed of the mobile rod, while spindle regardless of the user's effort.

6. Isokinetic Dynamometer for Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 1, characterized by the ability

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2/2 identification of the ideal distance between the rods, to apply the maximum gripping force.

7. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises, according to claim 6, characterized by allowing the execution of the handgrip measurement in a static way (mobile rod stopped in the spindle) with the definition of the ideal distance between the rods , according to the dimension of the hand.

8. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises characterized by measuring the handgrip strength using the strain gauge bridge, whose response is sent to an electronic signal conditioning circuit that modulates, amplifies, filters. This electrical signal is submitted to an acquisition board and converted to a digital signal.

9. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises characterized by sending data from the grip strength to the computational interface developed with Labview software, which graphs the forces in function of time and distance, featuring maximum values, minimum and average forces during the entire measurement.

10. Isokinetic Dynamometer For Diagnosis and Performing Handgrip Exercises characterized by having a mechanical structure made of brass, steel and aeronautical aluminum. In the case of the signal conditioning circuit, it is developed with operational amplifiers.