Control of a wheelchair based on android operational system

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Paulo Roberto Gardel KurkaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O trabalho desenvolveu um conjunto de ferramentas simples (interface gráfica e comunicação remota) que permitiram o controle e monitoração dos diferentes sensores e atuadores embarcados em uma cadeira de rodas elétrica. A solução encontrada para realizar os comandos necessários, de modo remoto, foi utilizar um dispositivo móvel (smartphone) baseado em sistema operacional Android. Os principais aspectos considerados no desenvolvimento foram utilizar o hardware e o software que propiciaram uma interface de interação entre o usuário e os atuadores presentes na cadeira de rodas. Adicionalmente foi previsto e viabilizada a possibilidade de um acompanhante efetuar comandos, por meio de outro celular móvel, segundo critérios de prioridade inseridos na programação. A opção por utilizar dispositivos móveis convencionais está vinculada com a capacidade de recorrer, por meio de aplicativos específicos, aos diversos recursos (bibliotecas) que são embarcadas em um telefone móvel ou tablet. O aplicativo criado utilizou o sistema operacional Android pela facilidade de acesso ao código fonte. O aplicativo possibilita o uso dos botões presentes nos smartphones para cumprir tarefas de controle direcional e de velocidade. Adicionalmente sensores ultrassônicos , instalados na cadeira, impedem a colisão com obstáculos presentes no trajeto. Os testes realizados demonstraram a eficácia da movimentação da cadeira, do controle de velocidade e da atuação dos sensores de colisão. A proposta inicial de uma cadeira de rodas elétrica a ser utilizada por crianças, foi estendida para adultos, o que foi comprovado em teste realizado com uma pessoa de 80 quilogramas. A velocidade máxima final independente da carga foi de 0,8m/s (2,88km/h). Na programação do aplicativo foi considerado e implementado um controle para impedir o tranco no início da movimentação, objetivando o fator ergonômico do usuárioAbstract: The work developed a set of simple tools (graphical user interface and remote communication) that allowed the control and monitoring of different sensors and actuators embedded in a electric wheelchair. The solution to make necessary commands remotely, was to use a mobile device (smartphone) based operating system Android. The main aspects considered in the development were using the hardware and software that provided an interaction interface between the user and actuators in the wheelchair. Additionally it was intended and the possibility of a viable accompanying perform controls by means of another mobile phone according to priority criteria included in the programming. The option to use conventional mobile devices is linked with the capacity to use through specific applications, the various resources (libraries) that are embedded in a mobile phone or tablet. The application created used the Android operating system for ease of access to the source code. The application enables the use of buttons present in the smartphones to fulfill directional control and velocity. Additionally ultrasonic sensors installed in the chair, prevent collision with obstacles present in the path. The tests demonstrated the effectiveness of the movement of the chair, speed control and the performance of the collision sensors. The initial proposal of an electric wheelchair to be used by children, has been extended to adults, which has been proven in test performed with a person of 80kg. The independent final maximum speed of the load was $0.8m/s$ or (2,88km/h). In the application programming was considered and implemented a control to prevent stride in the early movement, aiming the ergonomic factor userMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia Mecânic

Estratégias de controle de trajetórias para cadeira de rodas robotizadas

Orientador: Eleri CardozoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Desde os anos 80, diversos trabalhos foram publicados com o objetivo de propor soluções alternativas para usuários de cadeira de rodas motorizadas com severa deficiência motora e que não possuam capacidade de operar um joystick mecânico. Dentre essas soluções estão interfaces assistivas que auxiliam no comando da cadeira de rodas através de diversos mecanismos como expressões faciais, interfaces cérebro-computador, e rastreamento de olho. Além disso, as cadeiras de rodas ganharam certa autonomia para realizar determinadas tarefas que vão de desviar de obstáculos, abrir portas e até planejar e executar rotas. Para que estas tarefas possam ser executadas, é necessário que as cadeiras de rodas tenham estruturas não convencionais, habilidade de sensoriamento do ambiente e estratégias de controle de locomoção. O objetivo principal é disponibilizar uma cadeira de rodas que ofereça conforto ao usuário e que possua um condução segura não importando o tipo de deficiência do usuário. Entretanto, durante a condução da cadeira de rodas, o desalinhamento das rodas castores podem oferecer certo perigo ao usuário, uma vez que, dependendo da maneira em que elas estejam orientadas, instabilidades podem ocorrer, culminando em acidentes. Da mesma forma, o desalinhamento das rodas castores é considerado um dos principais causadores de desvios de trajetória que ocorrem durante a movimentação da cadeira de rodas, juntamente com diferentes distribuições de pesos ou diferentes atritos entre as rodas e o chão. Nesta dissertação, é considerado apenas o desalinhamento das rodas castores como único causador de desvio de trajetória da cadeira de rodas e, dessa forma, são propostas soluções que possam reduzir ou até mesmo eliminar o efeito deste desalinhamento. Com a implementação das melhores soluções desenvolvidas neste trabalho, é possível fazer com que diversas interfaces assistivas que têm baixa taxa de comandos possam ser utilizadas, uma vez que o usuário não precisa, constantemente, corrigir o desvio da trajetória desejada. Ademais, é elaborado um novo projeto de cadeira de rodas "inteligente" para a implementação das técnicas desenvolvidas neste trabalhoAbstract: Since the 1980s several works were published proposing alternative solutions for users of powered wheelchairs with severe mobility impairments and that are not able to operate a mechanical joystick. Such solutions commonly focus on assistive interfaces that help commanding the wheelchair through distinct mechanisms such as facial expressions, brain-computer interfaces, and eye tracking. Besides that, the wheelchairs have achieved a certain level of autonomy to accomplish determined tasks such as obstacle avoidance, doors opening and even path planning and execution. For these tasks to be performed, it is necessary the wheelchairs to have a non conventional designs, ability to sense the environment and locomotion control strategies. The ultimate objective is to offer a comfortable and safe conduction no matter the user's mobility impairments. However, while driving the wheelchair, the caster wheels' misalignment might offer risks to the user, because, depending on the way they are initially oriented, instabilities may occur causing accidents. Similarly, the caster wheels' misalignment can be considered, among others like different weight distribution or different friction between wheel and floor, one of the main causes of path deviation from the intended trajectory while the wheelchair is moving. In this dissertation, it is considered the caster wheels' misalignment as the unique generator of wheelchair path deviation and, therefore, it is proposed different solutions in order to reduce or even eliminate the effects of the misalignment. The implementation of the best solutions developed in this work allows assistive interfaces with low rate of commands to be widespread, once the user does not need to, constantly, correct path deviation. Additionally, a new smart wheelchair project is elaborated for the implementation of the techniques developed in this workMestradoEngenharia de ComputaçãoMestre em Engenharia Elétrica88882.329382/2019-01CAPE