System architecture for the ASBGo* Smart Walker

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Guimarães, Pedro Miguel Ferreira
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/82284
Resumo: Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores
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spelling System architecture for the ASBGo* Smart WalkerEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresWeakness, mobility and balance problems are some of the obstacles that most certainly will go along with the last period of life, the old age. Also, those difficulties can strike young lives due to gait abnormalities resulted from degenerative diseases or even accidents. To patients with high motor deficit, traditional methods, such as wheelchairs, are usually prescribed, but the use of an assistive device that do not promotes the patient’s recovery will eventually lead him to a restrict daily life as well as a notable loss of motor skills. With previous questions in mind, the Adaptive System Behavior Group (ASBG) decided to develop a motorized smart walker capable of adapting to the needs of its users. The Adaptive System Behavior Group Project (ASBGo) counts already with four versions that have proved its worth in clinical environment and was renowned, for two consecutive times, as one of the best technological and innovating Portuguese research projects in the rehabilitation field. However, the electromechanical and software solutions of each prototype commonly impair the global development of the project, making each version obsolete, outdated or unusable. Now, it is time to go further and render these proof-of-concept devices in a mature version, excluding previous academic solutions and engineering a robust and trustworthy device that will establish this new rehabilitation concept. This master thesis, addressed to rehabilitation robotics, describes the design and implementation of a system architecture for the Adaptive System Behavior Group Project Star (ASBGo*) . The implementation of a unified modular system architecture embraces the development of software components, electronic hardware and electromechanical modifications required to its implementation. This new prototype is an upgrade of the all ASBGo previous versions, in which the sturdy and user-friendly solutions implemented provide robust tools for future development and usability. Firstly, the contextualization in the project was performed, including a brief study of robotic software platforms, the familiarity with the several ASBGo prototypes and the research of the best solutions to design a system architecture. Secondly, following a Top-Down strategy, the work plan was established bearing in mind the considerations to design and implement a global system architecture: definition of the main functionalities and behaviours of the prototype and, simultaneously, the strategies to be followed in the hardware, electromechanical and software development. Hereinafter, the development stage was conducted following an Hardware-Software co-design methodology. That strategy ensured that the design and implementation of electronic and electric circuits were in agreement with all system requirements guaranteeing trade-offs, robustness and safety. During all the development process, validations of the system were constantly performed and, in the end, intensive experimentations of the final device were executed in the laboratory with the intervention of colleagues of the ASBG group.Debilidade e dificuldades de mobilidade e equilíbrio são alguns dos problemas que muito certamente irão acompanhar o período final da vida, a velhice. Para além disso, esses problemas podem atingir jovens vidas devido a anomalias na marcha resultantes de doenças degenerativas ou até mesmo acidentes. Aos pacientes que apresentam um alto défice motor, métodos tradicionais, como cadeiras de rodas, são normalmente receitados. No entanto, o uso de dispositivos de assistência que não promovem a recuperação do paciente irão eventualmente levá-lo a uma vida restrita assim como a uma notável perda de capacidades motoras. Com tal ideias em mente, o Adaptive System Behavior Group (ASBG) decidiu desenvolver um andarilho inteligente motorizado capaz de se adaptar as necessidades dos seus utilizadores. O Adaptive System Behavior Group Project (ASBGo) já conta com quatro versões que provaram o seu valor em ambiente clínico e já foi reconhecido, por duas vezes consecutivas, como um dos projetos de investigação mais tecnológico e inovador na área de reabilitação. Contudo, as soluções eletromecânicas e de software de cada protótipo comprometem o desenvolvimento contínuo do projeto, tornando cada versão obsoleta, desatualizada e inutilizável. Agora, está na hora de ir mais longe e tornar estes dispositivos de prova de conceito numa versão mais madura, excluindo as soluções académicas anteriormente implementadas e concebendo um dispositivo robusto e fiável que irá afirmar este novo conceito de reabilitação. A presente dissertação de mestrado, no âmbito da robótica de reabilitação, descreve o design e implementação de uma arquitetura de sistema para o Adaptive System Behavior Group Project Star (ASBGo*). A implementação de uma arquitetura de sistema unificada e modular envolve o desenvolvimento de componentes de software, hardware eletrónico e modificações eletromecânicas necessárias à sua implementação. Este novo protótipo consiste numa melhoria avançada de todas as versões anteriores do ASBGo no qual as soluções vigorosas e acessíveis implementadas providenciam meios para desenvolvimento futuro e usabilidade. Inicialmente, foi realizada a contextualização no projeto que incluiu uma breve pesquisa de plataformas de software robótico, a familiarização com os diferentes protótipos ASBGo e o estudo das melhores soluções para a conceção da arquitetura do sistema. Seguindo uma estratégia Top-Down, o plano de trabalhos foi estabelecido tendo em conta considerações para o design e implementação de uma arquitetura de sistema unificada: definição das principais funcionalidades e comportamentos do protótipo e, concomitantemente, as estratégias a ser seguidas no desenvolvimento eletromecânico, de hardware e de software. Doravante, a fase de desenvolvimento foi acompanhada por uma metodologia de Hardware-Software co-design. Esta estratégia assegurou a concordância entre o design e a implementação de circuitos eletrónicos e elétricos e todos os requisitos do sistema garantindo desta forma, trade-offs, robustez e segurança. Durante todo o processo de desenvolvimento, validações do sistema foram constantemente realizadas, sendo que no final testes intensivos ao produto final foram executados em laboratório com a intervenção dos colegas do grupo ASBG .Santos, CristinaUniversidade do MinhoGuimarães, Pedro Miguel Ferreira2017-12-282017-12-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/82284eng203097670info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:40:39ZPortal AgregadorONG
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