8 research outputs found
Tele-rehabilitation versus local rehabilitation therapies assisted by robotic devices: a pilot study with patients
The present study aims to evaluate the advantages of a master-slave robotic rehabilitation therapy in which the patient is assisted in real-time by a therapist. We have also explored if this type of strategy is applicable in a tele-rehabilitation environment. A pilot study has been carried out involving 10 patients who have performed a point-to-point rehabilitation exercise supported by three assistance modalities: fixed assistance (without therapist interaction), local therapist assistance, and remote therapist assistance in a simulated tele-rehabiliation scenario. The rehabilitation exercise will be performed using an upper-limb rehabilitation robotic device that assists the patients through force fields. The results suggest that the assistance provided by the therapist is better adapted to patient needs than fixed assistance mode. Therefore, it maximizes the patient's level of effort, which is an important aspect to improve the rehabilitation outcomes. We have also seen that in a tele-rehabilitation environment it is more difficult to assess when to assist the patient than locally. However, the assistance suits patients better than the fixed assistance mode
Métodos de renderizado multisensorial y análisis de estabilidad en interfaces hápticos
El desarrollo de la tecnología háptica está permitiendo que los sistemas de
Realidad Virtual se implanten como herramientas de enseñanza y trabajo en
múltiples campos como la cirugía o la aeronáutica. Sin embargo, se trata de
una tecnología que todavía se encuentra en sus inicios, y que como tal, tiene
mucho camino por recorrer.
Los interfaces hápticos permiten a los usuarios interactuar con
entornos remotos o virtuales a través del sentido del tacto. Un dispositivo
háptico es un mecanismo mediante el que un usuario puede controlar los
movimientos de un objeto virtual o un robot real en una aplicación, y recibir
información táctil del entorno de trabajo.
El uso de estos sistemas viene condicionado por la calidad de la
restitución háptica aplicada al usuario. Tecnológicamente, resulta todavía
complicada la generación de estímulos táctiles adecuados y realistas
mediante estos sistemas.
La presente tesis investiga y aporta soluciones en tres áreas
primordiales de la háptica: el cálculo de las fuerzas y pares de contacto, la
percepción multisensorial de los eventos, y la estabilidad del sistema.
Calcular en tiempo real las fuerzas y pares que deben restituirse al
usuario como consecuencia de sus acciones en una aplicación virtual es una
tarea complicada y esencial para la eficacia de estos sistemas. Este trabajo
desarrolla unos algoritmos de control que permiten calcular dichas fuerzas y
pares de manera eficaz en entornos complejos. Además, se analiza la
eficacia de combinar los distintos canales sensoriales disponibles en el
sistema para mejorar la percepción de los eventos.
Una característica que distingue a los sistemas hápticos de otros
sistemas máquina-usuario es que el usuario comparte espacio de trabajo con
el mecanismo. Este hecho implica que comportamientos inestables del
sistema puedan poner en peligro al usuario. Por ello, en este trabajo se
evalúa la influencia de diversos factores, en particular los modos de
vibración y la dinámica del usuario, en la estabilidad
Haptically-Coupled Devices: Stability Analysis and Application to Drive-by-Wire Systems.
Haptic devices allow users to interact with a certain environment through
the sense of touch. This environment is usually either a virtual scene or a
somehow remote environment. In one sentence, a haptic device is a mechatronic
system that allows a bidirectional human-machine interaction and in which a
tactile restoration is provided. Haptic technology is still in its early stages of
development, according to the vast amount of possibilities that it offers or may
offer in the future. Possible applications of this technology include smartphones,
automotive industry, aeronautics or medical applications (surgery or rehabilitation
processes).
This thesis investigates and provides solutions in two haptic areas: haptic
stability and drive-by-wire technology. On the one hand, a study of some of the
factors that affect the Z-width of the system is carried out. On the other hand,
haptic technology is applied to a real application with a promising future in the
automotive field: a drive-by-wire system.
One key aspect of haptic systems is that both, the user and the mechatronic
device share the same workspace. This fact carries with it more restrictive stability
criteria than common robotic applications in which the machine is usually isolated
in a safe space. For this reason, the study of the stability is a very important task.
In the first place, a methodology for a thorough theoretical study of any haptic
device is proposed, together with an application that was developed to make this
process easier and more intuitive. Afterwards, the influence of two of the factors
(vibration modes and time delay) that affect the size and shape of the Z-width of
the haptic system is analyzed.
Drive-by-wire technology has already been used for many decades in the
aeronautics sector, but its application to road vehicles progresses at a much
slower pace. Different attempts have been made by manufacturers to equip their
vehicles with this system but the final establishment of this technology is expected
to arrive with the electric cars. It provides multiple advantages in terms of weight,
material costs and safety measures.
The second part of this thesis focuses on a haptic device designed in
CEIT for drive-by-wire applications. This system encompasses all the driving
functionalities in a single device, which can be used with a single hand. A second
version of this driving system has been created, combining two of these devices
with a virtual coupling for a more comfortable and secure driving. Both versions
have been preliminarily tested with users, obtaining some surprising results in
terms of user adaptation time.Los dispositivos hápticos permiten al usuario interactuar con un entorno concreto
por medio del sentido del tacto. Este entorno puede ser una escena virtual o
incluso un entorno remoto. En una frase, un dispositivo háptico es un sistema
mecatrónico que permite una interacción bidireccional entre el humano y la
máquina y en el que se produce una restitución de fuerza al usuario. La
tenconología háptica está todavía en sus primeros niveles de desarrollo si nos
fijamos en la enorme cantidad de posibilidades que actualmente ofrece y que
puede ofrecer en un futuro próximo. Posibles aplicaciones de esta tecnología
son los smartphones, las industrias del automóvil y aeronáuticas y aplicaciones
médicas como la cirugía o la rehabilitación de pacientes.
La presente tesis investiga y proporciona soluciones en dos áreas distintas
de la háptica: el problema de la estabilidad y la tecnología drive-by-wire. Por
un lado, se ha llevado a cabo un estudio de algunos de los factores que afectan
a la región-Z del sistema. Por otra parte, se ha aplicado la tecnología háptica a
una aplicación real muy prometedora en el ámbito de la automoción: los sistemas
drive-by-wire.
Un aspecto clave de los sistemas hápticos es que el usuario y el dispositivo
mecatrónico están en el mismo espacio de trabajo. Este hecho conlleva a unos
requisitos de estabilidad más restrictivos que otras aplicaciones robóticas más
comunes en las que las máquinas están aisladas en un espacio restringido. Por
esta razón, el estudio de la estabilidad adquiere una importancia especial. En
primer lugar se propone una metodología para el estudio teórico de cualquier
dispositivo háptico, así como una herramienta que ha sido desarrollada para
facilitar y hacer más intuitivo este proceso. Posteriormente se ha estudiado la
influencia de dos de los factores que afectan al tamaño y a la forma de la
región-Z, los modos de vibración del interfaz y los retrasos temporales.
La tecnología drive-by-wire se lleva usando durante décadas en el sector
aeronáutico pero su aplicación a los vehículos terrestres lleva un ritmo mucho
menor. Se han llevado a cabo distintos intentos por parte de los fabricantes para
equipar a los vehículos con esta tecnología pero se espera que el establecimiento
definitivo de esos sistemas llegue con los vehículos eléctricos. Las ventajas que
que aportan estos sistemas en términos de peso, coste de los materiales y
sistemas de seguridad son cuantiosas.
La segunda parte de esta tesis se enfoca en un dispositivo háptico
desarrollado en el CEIT para aplicaciones drive-by-wire. Este dispositivo junta
en un único aparato que puede ser manejado con una sola mano todas las
funciones necesarias para la conducción de un vehículo. Una segunda versión
de este sistema de conducción ha sido desarrollado combinando dos de estos
dispositivos mediante un acoplamiento virtual para una conducción más cómoda
y segura. Por último, se han realizado una serie de experimentos con usuarios
para una validación preliminar de ambos sistemas
Métodos de renderizado multisensorial y análisis de estabilidad en interfaces hápticos
El desarrollo de la tecnología háptica está permitiendo que los sistemas de
Realidad Virtual se implanten como herramientas de enseñanza y trabajo en
múltiples campos como la cirugía o la aeronáutica. Sin embargo, se trata de
una tecnología que todavía se encuentra en sus inicios, y que como tal, tiene
mucho camino por recorrer.
Los interfaces hápticos permiten a los usuarios interactuar con
entornos remotos o virtuales a través del sentido del tacto. Un dispositivo
háptico es un mecanismo mediante el que un usuario puede controlar los
movimientos de un objeto virtual o un robot real en una aplicación, y recibir
información táctil del entorno de trabajo.
El uso de estos sistemas viene condicionado por la calidad de la
restitución háptica aplicada al usuario. Tecnológicamente, resulta todavía
complicada la generación de estímulos táctiles adecuados y realistas
mediante estos sistemas.
La presente tesis investiga y aporta soluciones en tres áreas
primordiales de la háptica: el cálculo de las fuerzas y pares de contacto, la
percepción multisensorial de los eventos, y la estabilidad del sistema.
Calcular en tiempo real las fuerzas y pares que deben restituirse al
usuario como consecuencia de sus acciones en una aplicación virtual es una
tarea complicada y esencial para la eficacia de estos sistemas. Este trabajo
desarrolla unos algoritmos de control que permiten calcular dichas fuerzas y
pares de manera eficaz en entornos complejos. Además, se analiza la
eficacia de combinar los distintos canales sensoriales disponibles en el
sistema para mejorar la percepción de los eventos.
Una característica que distingue a los sistemas hápticos de otros
sistemas máquina-usuario es que el usuario comparte espacio de trabajo con
el mecanismo. Este hecho implica que comportamientos inestables del
sistema puedan poner en peligro al usuario. Por ello, en este trabajo se
evalúa la influencia de diversos factores, en particular los modos de
vibración y la dinámica del usuario, en la estabilidad
Haptically-Coupled Devices: Stability Analysis and Application to Drive-by-Wire Systems.
Haptic devices allow users to interact with a certain environment through
the sense of touch. This environment is usually either a virtual scene or a
somehow remote environment. In one sentence, a haptic device is a mechatronic
system that allows a bidirectional human-machine interaction and in which a
tactile restoration is provided. Haptic technology is still in its early stages of
development, according to the vast amount of possibilities that it offers or may
offer in the future. Possible applications of this technology include smartphones,
automotive industry, aeronautics or medical applications (surgery or rehabilitation
processes).
This thesis investigates and provides solutions in two haptic areas: haptic
stability and drive-by-wire technology. On the one hand, a study of some of the
factors that affect the Z-width of the system is carried out. On the other hand,
haptic technology is applied to a real application with a promising future in the
automotive field: a drive-by-wire system.
One key aspect of haptic systems is that both, the user and the mechatronic
device share the same workspace. This fact carries with it more restrictive stability
criteria than common robotic applications in which the machine is usually isolated
in a safe space. For this reason, the study of the stability is a very important task.
In the first place, a methodology for a thorough theoretical study of any haptic
device is proposed, together with an application that was developed to make this
process easier and more intuitive. Afterwards, the influence of two of the factors
(vibration modes and time delay) that affect the size and shape of the Z-width of
the haptic system is analyzed.
Drive-by-wire technology has already been used for many decades in the
aeronautics sector, but its application to road vehicles progresses at a much
slower pace. Different attempts have been made by manufacturers to equip their
vehicles with this system but the final establishment of this technology is expected
to arrive with the electric cars. It provides multiple advantages in terms of weight,
material costs and safety measures.
The second part of this thesis focuses on a haptic device designed in
CEIT for drive-by-wire applications. This system encompasses all the driving
functionalities in a single device, which can be used with a single hand. A second
version of this driving system has been created, combining two of these devices
with a virtual coupling for a more comfortable and secure driving. Both versions
have been preliminarily tested with users, obtaining some surprising results in
terms of user adaptation time.Los dispositivos hápticos permiten al usuario interactuar con un entorno concreto
por medio del sentido del tacto. Este entorno puede ser una escena virtual o
incluso un entorno remoto. En una frase, un dispositivo háptico es un sistema
mecatrónico que permite una interacción bidireccional entre el humano y la
máquina y en el que se produce una restitución de fuerza al usuario. La
tenconología háptica está todavía en sus primeros niveles de desarrollo si nos
fijamos en la enorme cantidad de posibilidades que actualmente ofrece y que
puede ofrecer en un futuro próximo. Posibles aplicaciones de esta tecnología
son los smartphones, las industrias del automóvil y aeronáuticas y aplicaciones
médicas como la cirugía o la rehabilitación de pacientes.
La presente tesis investiga y proporciona soluciones en dos áreas distintas
de la háptica: el problema de la estabilidad y la tecnología drive-by-wire. Por
un lado, se ha llevado a cabo un estudio de algunos de los factores que afectan
a la región-Z del sistema. Por otra parte, se ha aplicado la tecnología háptica a
una aplicación real muy prometedora en el ámbito de la automoción: los sistemas
drive-by-wire.
Un aspecto clave de los sistemas hápticos es que el usuario y el dispositivo
mecatrónico están en el mismo espacio de trabajo. Este hecho conlleva a unos
requisitos de estabilidad más restrictivos que otras aplicaciones robóticas más
comunes en las que las máquinas están aisladas en un espacio restringido. Por
esta razón, el estudio de la estabilidad adquiere una importancia especial. En
primer lugar se propone una metodología para el estudio teórico de cualquier
dispositivo háptico, así como una herramienta que ha sido desarrollada para
facilitar y hacer más intuitivo este proceso. Posteriormente se ha estudiado la
influencia de dos de los factores que afectan al tamaño y a la forma de la
región-Z, los modos de vibración del interfaz y los retrasos temporales.
La tecnología drive-by-wire se lleva usando durante décadas en el sector
aeronáutico pero su aplicación a los vehículos terrestres lleva un ritmo mucho
menor. Se han llevado a cabo distintos intentos por parte de los fabricantes para
equipar a los vehículos con esta tecnología pero se espera que el establecimiento
definitivo de esos sistemas llegue con los vehículos eléctricos. Las ventajas que
que aportan estos sistemas en términos de peso, coste de los materiales y
sistemas de seguridad son cuantiosas.
La segunda parte de esta tesis se enfoca en un dispositivo háptico
desarrollado en el CEIT para aplicaciones drive-by-wire. Este dispositivo junta
en un único aparato que puede ser manejado con una sola mano todas las
funciones necesarias para la conducción de un vehículo. Una segunda versión
de este sistema de conducción ha sido desarrollado combinando dos de estos
dispositivos mediante un acoplamiento virtual para una conducción más cómoda
y segura. Por último, se han realizado una serie de experimentos con usuarios
para una validación preliminar de ambos sistemas
Lower-limb robotic rehabilitation. Literature review and challenges
This paper presents a survey of existing robotic systems for lower-limb rehabilitation. It is a general assumption that robotics will play an important role in therapy activities within rehabilitation treatment. In the last decade, the interest in the field has grown exponentially mainly due to the initial success of the early systems and the growing demand caused by increasing numbers of stroke patients and their associate rehabilitation costs. As a result, robot therapy systems have been developed worldwide for training of both the upper and lower extremities. This work reviews all current robotic systems to date for lower-limb rehabilitation, as well as main clinical tests performed with them, with the aim of showing a clear starting point in the field. It also remarks some challenges that current systems still have to meet in order to obtain a broad clinical and market acceptance