Online control of a mobility assistance smart walker

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Maria M.
Data de Publicação: 2011
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/19924
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
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spelling Online control of a mobility assistance smart walker61:620.1620.1:61615.477.2681.532.1Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaThis work presents the NeoASAS project that was developed at the Bioengineering Group, Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) in Madrid. Further, it continued with adaptations and improvements at Minho University with the Adaptive System Behavior Group (ASBG) in Guimarães, being designated by ASBGo Project. These developments include the conceptual design, implementation and validation of Smart Walkers with a new interface approach integrated into these devices. This interface is based on a joystick and it is intended to extract the user’s movement intentions. It was designed to be user-friendly and efficient, meeting usability aspects and focused on a commercial implementation, but not being demanding at the user cognitive level. Considering the ASBGo walker, the overall assemblage, mechanical adjustments, electronics and computing have been performed. First, a review about the mobility assistive devices is presented, specially focused on Smart Walkers. Despite the intensive research, in current literature, there are not many works providing a "point of the situation", and explaining the role that robotics can play in this domain. Healthy users performed preliminary sets of experiments with each walker, which showed the sensibility of the joystick to extract command intentions from the user. These signals presented a higher frequency component that was attenuated by a Benedict-Bordner g-h filter, considering the NeoASAS walker and by a Butterworth circuit, considering the ASBGo walker. These methodologies offer a cancelation of the undesired components from joystick data, allowing the system to extract in real-time user’s commands. Based on this identification, an approach to the control architecture based on a fuzzy logic algorithm was developed, in order to allow the control of the walkers’ motors. In addition, a set of sensors were integrated on the walker for safety reasons: an infrared sensor to detect if the user is falling forwards; two force sensors to make sure that the user is properly grabbing the hand support; and two force sensors in the support forearms to verify if the user is with his forearms properly supported. This will make sure that the device stops when one of these situations happens. Thus, an assistive device to provide safety and natural manoeuvrability was conceived and offers a certain degree of intelligence in assistance and decision-making. These results will be used to advance towards a commercial product with an affordable cost, but presenting high reliability and safety. The motivation is that this will contribute to improve rehabilitation purposes by promoting ambulatory daily exercises and thus extend users’ independent living.Este trabalho apresenta o projecto NeoASAS desenvolvido no Grupo de Bioengenharia, do Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) em Madrid. Este teve continuidade com adaptações e melhorias na Universidade do Minho com o grupo Adaptative System Behaviour (ASBG) em Guimarães, sendo designado por projecto ASBGo. Estes desenvolvimentos incluem o projecto concetual, implementação e validação de andarilhos inteligentes com uma nova interface integrada nestes dispositivos. Esta interface é baseada num joystick e tem como objetivo a extração de intenções de comando do utilizador, sendo intuitiva e eficiente. Atende a aspectos de usabilidade e está focada numa aplicação comercial, não sendo exigente a nível cognitivo. Considerando o andarilho ASBGo, foi realizada a construção deste, bem como, ajustes mecânicos, eletrónicos e programação. É apresentada uma revisão sobre os dispositivos de assistência à marcha, tendo especial enfoque os andarilhos. Apesar da intensa investigação, na literatura não existem trabalhos que apresentem o ponto de situação desta área, bem como o seu papel na robótica de reabilitação. Depois foram realizados testes com utilizadores, mostrando a sensibilidade que o joytick tem na identificação de inteções de comando do utilizador. Além disso, os sinais apresentam uma componente de alta frequência que foi atenuada, no caso do NeoASAS, com um filtro g-h Benedict-Bordner, e no caso do ASBGo, através de um filtro Butterworth implementado em hardware. As metodologias apresentadas oferecem um cancelamento componentes indesejáveis, permitindo ao sistema a extração das intenções de comando do utilizador em tempo real. Desta forma, uma arquitetura de controlo baseada em fuzzy logic foi desenvolvida de maneira a fornecer uma assistência segura ao utilizador, através do controlo dos motores. Foram também integrados um conjunto de sensores no andarilho por razões de segurança: um sensor infravermelho para detetar a queda frontal do utilizador, dois sensores de força nos apoios de mão para detetar se o utilizador está a agarrá-los, e dois sensores de força nos suportes de antebraço para certificar que o utilizador está devidamente apoiado. Assim, foi concebido um dispositivo que garante a segurança do utilizador e oferece um certo grau de inteligência e tomada de decisão. Estes resultados serão utilizados para a criação de um produto comercial com custo acessível, mas com alta confiabilidade. A motivação deste trabalho reflete-se na contribuição que este dispositivo terá na melhoria da reabilitação e desenvolvimento de dispositivos ambulatórios para promover exercicios diários, e melhorar a vida dos utilizadores.Santos, CristinaFrizera Neto, AnselmoUniversidade do MinhoMartins, Maria M.20112011-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/19924porinfo: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:RCAAP2023-07-21T11:57:53Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/19924Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:47:34.329881Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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