40 research outputs found
Multi - mechanism coalescence design and matrix expression of logic action sequences of the over-turn nursing robot Part II: Gesture-state in sets and matrix
As is expressed in Part I, Functions and coalescence design of the over-turn nursing robot, the performance and requirements have been put forward with systematic design of several mechanisms. Here, in order to control and function well the over-turn nursing robot, the three-dimensional and five-dimensional Euclidean space with the real number were adopted in terms of sets for gesture of the bedridden person and the corresponding state of the robot, respectively. The matrix method was employed to define and describe the gestures-robot performance and its transition path. The gesture-state sequence matrix not only accurately and clearly expressed the gesture series, state sequence and their corresponding relations, but also laid a theoretical and technical foundation for the path planning from the current gesture to the target one. The control and operation of 7 states and 5 gestures were done to realize the automation and intelligent over-turning safely, comfortably and conveniently
Overcoming barriers and increasing independence: service robots for elderly and disabled people
This paper discusses the potential for service robots to overcome barriers and increase independence of
elderly and disabled people. It includes a brief overview of the existing uses of service robots by disabled and elderly
people and advances in technology which will make new uses possible and provides suggestions for some of these new
applications. The paper also considers the design and other conditions to be met for user acceptance. It also discusses
the complementarity of assistive service robots and personal assistance and considers the types of applications and
users for which service robots are and are not suitable
Mobility design and control of personal mobility aids for the elderly
Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2002.Includes bibliographical references (p. 127-130).Delaying the transition of the elderly to higher level of care using assistive robotic devices could have great social and economic significance. The transition, necessitated by the degradation of physical and cognitive capability of the elderly, results in drastic increase of cost and rapid decrease of quality of life. A Personal Aid for Mobility and Health Monitoring system (PAMM) has been developed at MIT Field and Space Robotics Laboratory for the elderly living independently or in senior assisted living facilities so as to delay their transition to nursing homes. This thesis research addresses the mobility design and control issues of such devices. Eldercare environments are semi-structured, usually congested, and filled with static and/or dynamic obstacles. Developing effective mobility designs to achieve good maneuverability is a great challenge. An omni-directional mobility concept using conventional wheels has been developed independently in this research. Mobility systems based on this concept are simple, lightweight, energy efficient, and capable of operating on a range of floor surfaces. Assistive mobility devices work in shared workspace and interact directly with their users with limited physical and cognitive capabilities. The users may not be well trained, nor fully understand system. The challenge is to design an ergonomic and intuitive human machine interaction and a control system that can properly allocate control authority between the human and the machine. For this purpose, the admittance-based control methodology is used for the human machine interaction control. An adaptive shared control framework allocates control based on metrics of the demonstrated human performance has been developed.(cont.) Substantial amount of field experiments have been conducted with the actual users to validate control system design. The mobility design and control system implemented and tested on PAMM, will also be applicable to other cooperative mobile robots working in semi-structured indoor environments such as a factory or warehouse.by Haoyong Yu.Ph.D
Active Training and Assistance Device for an Individually Adaptable Strength and Coordination Training
Das Altern der Weltbevölkerung, insbesondere in der westlichen Welt, stellt die Menschheit vor eine große Herausforderung. Zu erwarten sind erhebliche Auswirkungen auf den Gesundheitssektor, der im Hinblick auf eine steigende Anzahl von Menschen mit altersbedingtem körperlichem und kognitivem Abbau und dem damit erhöhten Bedürfnis einer individuellen Versorgung vor einer großen Aufgabe steht. Insbesondere im letzten Jahrhundert wurden viele wissenschaftliche Anstrengungen unternommen, um Ursache und Entwicklung altersbedingter Erkrankungen, ihr Voranschreiten und mögliche Behandlungen, zu verstehen.
Die derzeitigen Modelle zeigen, dass der entscheidende Faktor für die Entwicklung solcher Krankheiten der Mangel an sensorischen und motorischen Einflüssen ist, diese wiederum sind das Ergebnis verringerter Mobilität und immer weniger neuer Erfahrungen. Eine Vielzahl von Studien zeigt, dass erhöhte körperliche Aktivität einen positiven Effekt auf den Allgemeinzustand von älteren Erwachsenen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen und den Menschen in deren unmittelbarer Umgebung hat. Diese Arbeit zielt darauf ab, älteren Menschen die Möglichkeit zu bieten, eigenständig und sicher ein individuelles körperliches Training zu absolvieren.
In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Forschung im Bereich der robotischen Bewegungsassistenten, auch Smarte Rollatoren genannt, den Fokus auf die sensorische und kognitive Unterstützung für ältere und eingeschränkte Personen gesetzt. Durch zahlreiche Bemühungen entstand eine Vielzahl von Ansätzen zur Mensch-Rollator-Interaktion, alle mit dem Ziel, Bewegung und Navigation innerhalb der Umgebung zu unterstützen.
Aber trotz allem sind Trainingsmöglichkeiten zur motorischen Aktivierung mittels Smarter Rollatoren noch nicht erforscht.
Im Gegensatz zu manchen Smarten Rollatoren, die den Fokus auf Rehabilitationsmöglichkeiten für eine bereits fortgeschrittene Krankheit setzen, zielt diese Arbeit darauf ab, kognitive Beeinträchtigungen in einem frühen Stadium soweit wie möglich zu verlangsamen, damit die körperliche und mentale Fitness des Nutzers so lang wie möglich aufrechterhalten bleibt.
Um die Idee eines solchen Trainings zu überprüfen, wurde ein Prototyp-Gerät namens RoboTrainer-Prototyp entworfen, eine mobile Roboter-Plattform, die mit einem zusätzlichen Kraft-Momente-Sensor und einem Fahrradlenker als Eingabe-Schnittstelle ausgestattet wurde. Das Training beinhaltet vordefinierte Trainingspfade mit Markierungen am Boden, entlang derer der Nutzer das Gerät navigieren soll. Der Prototyp benutzt eine Admittanzgleichung, um seine Geschwindigkeit anhand der Eingabe des Nutzers zu berechnen. Desweiteren leitet das Gerät gezielte Regelungsaktionen bzw. Verhaltensänderungen des Roboters ein, um das Training herausfordernd zu gestalten.
Die Pilotstudie, die mit zehn älteren Erwachsenen mit beginnender Demenz durchgeführt wurde, zeigte eine signifikante Steigerung ihrer Interaktionsfähigkeit mit diesem Gerät. Sie bewies ebenfalls den Nutzen von Regelungsaktionen, um die Komplexität des Trainings ständig neu anzupassen.
Obwohl diese Studie die Durchführbarkeit des Trainings zeigte, waren Grundfläche und mechanische Stabilität des RoboTrainer-Prototyps suboptimal. Deswegen fokussiert sich der zweite Teil dieser Arbeit darauf, ein neues Gerät zu entwerfen, um die Nachteile des Prototyps zu beheben.
Neben einer erhöhten mechanischen Stabilität, ermöglicht der RoboTrainer v2 eine Anpassung seiner Grundfläche. Dieses spezifische Merkmal der Smarten Rollatoren dient vor allem dazu, die Unterstützungsfläche für den Benutzer anzupassen. Das ermöglicht einerseits ein agiles Training mit gesunden Personen und andererseits Rehabilitations-Szenarien bei Menschen, die körperliche Unterstützung benötigen.
Der Regelungsansatz für den RoboTrainer v2 erweitert den Admittanzregler des Prototypen durch drei adaptive Strategien. Die erste ist die Anpassung der Sensitivität an die Eingabe des Nutzers, abhängig von der Stabilität des Nutzer-Rollater-Systems, welche Schwankungen verhindert, die dann passieren können, wenn die Hände des Nutzers versteifen. Die zweite Anpassung beinhaltet eine neuartige nicht-lineare, geschwindigkeits-basierende Änderung der Admittanz-Parameter, um die Wendigkeit des Rollators zu erhöhen. Die dritte Anpassung erfolgt vor dem eigentlichen Training in einem Parametrierungsprozess, wo nutzereigene Interaktionskräfte gemessen werden, um individuelle Reglerkonstanten fein abzustimmen und zu berechnen.
Die Regelungsaktionen sind Verhaltensänderungen des Gerätes, die als Bausteine für unterstützende und herausfordernde Trainingseinheiten mit dem RoboTrainer dienen. Sie nutzen das virtuelle Kraft-Feld-Konzept, um die Bewegung des Gerätes in der Trainingsumgebung zu beeinflussen. Die Bewegung des RoboTrainers wird in der Gesamtumgebung durch globale oder, in bestimmten Teilbereichen, durch räumliche Aktionen beeinflusst. Die Regelungsaktionen erhalten die Absicht des Nutzers aufrecht, in dem sie eine unabhängige Admittanzdynamik implementieren, um deren Einfluss auf die Geschwindigkeit des RoboTrainers zu berechnen. Dies ermöglicht die entscheidende Trennung von Reglerzuständen, um während des Trainings passive und sichere Interaktionen mit dem Gerät zu erreichen.
Die oben genannten Beiträge wurden getrennt ausgewertet und in zwei Studien mit jeweils 22 bzw. 13 jungen, gesunden Erwachsenen untersucht. Diese Studien ermöglichen einen umfassenden Einblick in die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Funktionalitäten und deren Einfluss auf die Nutzer. Sie bestätigen den gesamten Ansatz, sowie die gemachten Vermutungen im Hinblick auf die Gestaltung einzelner Teile dieser Arbeit.
Die Einzelergebnisse dieser Arbeit resultieren in einem neuartigen Forschungsgerät für physische Mensch-Roboter-Interaktionen während des Trainings mit Erwachsenen. Zukünftige Forschungen mit dem RoboTrainer ebnen den Weg für Smarte Rollatoren als Hilfe für die Gesellschaft im Hinblick auf den bevorstehenden demographischen Wandel
SmartWalker, a mobility aid for the elderly
Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2001.Includes bibliographical references (leaves 81-82).In the near future, the baby boomer population will cause a growth in the number of people entering nursing homes. Currently, if people wish to stay out of a nursing home, they must hire a personal aid to take care of daily tasks. A more cost-effective method could be to employ a robotic aid to help with these chores. One such aid is the SmartWalker, a robotic device that would provide health-monitoring sensors, physical support, and help in mobility to the elderly. The focus of this thesis is the design and analysis of the SmartWalker hardware. The design tools necessary to prevent the SmartWalker from slipping, tipping over, and experiencing brake failure are presented. Furthermore, a study of the omnidirectional platform used on the SmartWalker is performed for uneven terrain. It is shown that all of the wheels of the platform touch the ground at the same time. A simulation of a split caster mobility module, the main component of the omnidirectional platform, traversing a bump is also done. This proves that the control algorithms designed for a perfectly flat floor will suffice on an uneven floor. In addition, this thesis discusses the mechanical design that is necessary to build the SmartWalker. The mechanical design focuses on the split caster mobility modules, the slip rings, the frame, and the tradeoffs between strength and weight.by Matthew J. Spenko.S.M
Design revolutions: IASDR 2019 Conference Proceedings. Volume 3: People
In September 2019 Manchester School of Art at Manchester Metropolitan University was honoured to host the bi-annual conference of the International Association of Societies of Design Research (IASDR) under the unifying theme of DESIGN REVOLUTIONS. This was the first time the conference had been held in the UK. Through key research themes across nine conference tracks – Change, Learning, Living, Making, People, Technology, Thinking, Value and Voices – the conference opened up compelling, meaningful and radical dialogue of the role of design in addressing societal and organisational challenges. This Volume 3 includes papers from People track of the conference
Design revolutions: IASDR 2019 Conference Proceedings. Volume 4: Learning, Technology, Thinking
In September 2019 Manchester School of Art at Manchester Metropolitan University was honoured to host the bi-annual conference of the International Association of Societies of Design Research (IASDR) under the unifying theme of DESIGN REVOLUTIONS. This was the first time the conference had been held in the UK. Through key research themes across nine conference tracks – Change, Learning, Living, Making, People, Technology, Thinking, Value and Voices – the conference opened up compelling, meaningful and radical dialogue of the role of design in addressing societal and organisational challenges. This Volume 4 includes papers from Learning, Technology and Thinking tracks of the conference