Hilfsroboter verwandelt die Mahlzeit für Menschen mit Behinderungen

Dieses Projekt dreht sich darum, einen Roboter zu entwickeln, der Menschen hilft, die Schwierigkeiten haben, sich selbst zu füttern. Das Gerät ist für diejenigen gedacht, die vielleicht die Fähigkeit verloren haben, ihre Hände zu benutzen oder nur begrenzte Kontrolle über ihre Arme haben. Der Hauptbestandteil dieses Roboters ist ein Roboterarm, der sich auf verschiedene Weisen bewegen kann und per Sprachbefehlen gesteuert wird.

#Zweck des Fütterungsassistenzroboters

Das Hauptziel dieses Roboters ist es, Menschen mit körperlichen Herausforderungen zu helfen, selbstständig zu essen. Das kann beim Essen mit der Familie oder sogar im Bett sein. Der Roboter ermöglicht es den Nutzern, ihr Essen auszuwählen und hilft ihnen beim Essen, sodass sie ihre Mahlzeiten geniessen können, ohne ständig auf Hilfe angewiesen zu sein.

#Bedarf an Hilfseinrichtungen

Weltweit haben viele Menschen eine Behinderung. Schätzungen zufolge haben etwa 15 % der globalen Bevölkerung irgendeine Art von Behinderung, wobei eine erhebliche Anzahl Mobilitätsprobleme hat. Das bedeutet, dass viele Personen es schwer finden könnten, alltägliche Aufgaben wie Essen ohne Hilfe zu erledigen. Für Menschen mit Behinderungen kann der Zugang zu Hilfseinrichtungen ihre Lebensqualität verbessern. Wenn solche Unterstützung fehlt, sind Menschen oft stark auf Familienmitglieder angewiesen, was Abhängigkeit schaffen und ihre Unabhängigkeit beeinträchtigen kann.

#Bestehende Lösungen

Forscher haben seit Jahren Werkzeuge entwickelt, um Menschen mit Behinderungen beim Selbstfüttern zu helfen. Während einige Geräte auf dem Markt erhältlich sind, sind sie oft teuer und möglicherweise für viele unerreichbar. Diese bestehenden Geräte können motorisierte Arme mit Löffeln umfassen, die per Knopfdruck gesteuert werden. Das Ziel dieses Projekts ist es, eine kostengünstigere Lösung mit vorhandener Technologie zu schaffen.

#Der Designansatz

In diesem Projekt haben wir versucht, einen Fütterungsassistenzroboter zu entwickeln, der günstiger und praktisch für den Alltag ist. Wir haben einen Roboterarm verwendet, der sich in sechs verschiedenen Richtungen bewegen kann, aber nur fünf für unsere Bedürfnisse genutzt. Der Arm nennt sich Braccio-Armad und wird in verschiedenen Robotikprojekten breit eingesetzt. Der Roboter kann drei Arten von Lebensmitteln servieren, die der Nutzer per Sprachbefehlen auswählen kann.

Um den Roboter sicher und einfach zu bedienen, haben wir einen Abstandssensor eingebaut, um zu verfolgen, wie nah der Nutzer am Arm ist. Auf diese Weise weiss der Roboter, wann er das Essen näher bringen und wann er warten soll, damit der Nutzer genug Zeit hat, zu kauen und zu schlucken.

#Wie der Roboter funktioniert

Der Roboter funktioniert, indem er Sprachbefehle von einem Mobilgerät erkennt. Nutzer können einfach sagen, welches Essen sie wollen, und der Roboter bewegt sich, um es zu servieren. Ein Abstandssensor verfolgt die Position des Mundes des Nutzers, um sicherzustellen, dass das Essen im richtigen Moment geliefert wird. Diese Technologie macht den Roboter interaktiv und reagiert auf die Bedürfnisse des Nutzers.

Um zu verfolgen, wohin sich der Arm bewegen soll, haben wir eine Methode namens Vorwärtskinematik verwendet. Diese Technik hilft uns, die genaue Position des Arms basierend auf seinen Bewegungen zu berechnen. Somit können wir sicherstellen, dass er den richtigen Platz erreicht, um das Essen effizient zu servieren.

#Komponenten des Systems

Die gesamte Einrichtung umfasst den Braccio-Roboterarm, einen Arduino Uno Mikrocontroller, ein Bluetooth-Modul zur Kommunikation mit Smartphones und einen Abstandssensor. Drei Schalen werden zur Platzierung des Essens verwendet, und wir haben einen Holzblock hinzugefügt, um die Anordnung des Esstisches darzustellen.

Ausserdem wurde der Arduino-Code geschrieben, um die Sprachbefehle für die Bewegung des Roboters zu interpretieren. Das Bluetooth-Modul fungiert als Brücke zwischen dem Mobilgerät und dem Roboterarm, um sicherzustellen, dass die Befehle korrekt ausgeführt werden. Der Abstandssensor dient dazu, zu überprüfen, ob der Nutzer in Reichweite des Arms ist, was sowohl den Komfort als auch die Sicherheit erhöht.

#Testen des Roboters

Wir haben den Roboter mit verschiedenen Personen getestet, die als Nutzer mit Behinderungen fungierten. Sie hatten abwechselnd die Aufgabe, Essensgegenstände zu bestellen, um zu überprüfen, wie gut der Roboter Sprachbefehle verstand und wie genau er das Essen servierte. Insgesamt erledigte der Roboter seine Aufgaben reibungslos, auch wenn es einige Herausforderungen bei der Spracherkennung gab. Gelegentlich gab es kleine Fehler bei der Erkennung von Essensnamen, die jedoch die Fähigkeit des Roboters, Essen zu liefern, nicht signifikant beeinträchtigten.

Der Abstandssensor spielte während der Tests eine entscheidende Rolle. Er überwachte die Position der Nutzer und gab dem Roboter Feedback, wodurch er seine Bewegungen basierend auf den Aktionen des Nutzers anpassen konnte.

#Genauigkeit und Geschwindigkeit

Um zu überprüfen, wie gut der Roboterarm die geplanten Punkte zum Servieren von Essen erreichen konnte, haben wir Berechnungen zur Vorwärtskinematik angewendet. Die Tests zeigten, dass der Roboter das Essen in etwa sieben Sekunden zum Mund des Nutzers bringen kann, was an individuelle Vorlieben angepasst werden kann. Das System hatte auch eine durchschnittliche Reaktionszeit von etwas mehr als einer Sekunde, was schnell genug ist, um ein angenehmes Fütterungserlebnis zu bieten.

Sicherheit hatte höchste Priorität. Wir haben einen Notstromschalter und einen "Stopp"-Befehl eingebaut, um sicherzustellen, dass der Roboter nicht betrieben wird, wenn es gefährlich wäre. Umfassende Tests bestätigten, dass das Gerät gut mit verschiedenen Lebensmitteln und Nutzerbedürfnissen funktionierte.

#Zukünftige Verbesserungen

Obwohl wir mit diesem Projekt unser Ziel erreicht haben, gibt es noch viele Verbesserungen zu berücksichtigen. Zum Beispiel könnte die Hinzufügung eines Sprachempfängers direkt am Roboterarm verbessern, wie er auf Befehle reagiert. Weitere Möglichkeiten umfassen die Verwendung von Gesten-Erkennung oder visuellen Verfolgungssystemen, um Nutzern, die vielleicht nicht sprechen können, dennoch die Kontrolle über den Roboter zu ermöglichen.

Zusätzliche Funktionen könnten es dem Roboter ermöglichen, Lebensmittel basierend auf den Vorlieben des Nutzers auszuwählen und das Erlebnis weiter zu personalisieren. Wir könnten auch den Fütterungsmechanismus umgestalten, um eine grössere Vielfalt von Lebensmitteln zu berücksichtigen, wodurch das Gerät noch vielseitiger für die Nutzer wird.

#Fazit

Dieses Projekt hat das Potenzial gezeigt, einen nützlichen und erschwinglichen Fütterungsassistenzroboter für Menschen mit Behinderungen zu schaffen. Durch kreative Nutzung vorhandener Technologie können wir eine Lösung anbieten, die mehr Unabhängigkeit ermöglicht und die Lebensqualität der Nutzer verbessert. Zukünftige Verbesserungen werden diesen Roboter nur effizienter und benutzerfreundlicher machen und den Weg für erreichbarere Hilfstechnologien ebnen.