Ballbot : Une nouvelle approche des aides à la mobilité
Le ballbot permet de se déplacer sans les mains pour ceux qui ont des problèmes de mobilité.
Chenzhang Xiao, Seung Yun Song, Yu Chen, Mahshid Mansouri, João Ramos, Adam W. Bleakney, William R. Norris, Elizabeth T. Hsiao-Wecksler
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Table des matières
Le développement des dispositifs d'assistance aide les personnes ayant des problèmes de mobilité à se déplacer plus facilement. Les fauteuils roulants traditionnels peuvent limiter les mouvements et peuvent causer des blessures au fil du temps à cause d'une utilisation répétée. Certains fauteuils roulants électriques résolvent ce problème, mais peuvent être lourds, coûteux et difficiles à utiliser dans des espaces étroits. Pour faire face à ces soucis, un nouveau dispositif, appelé Ballbot, a été créé. Ce design innovant permet aux utilisateurs de s'asseoir et de contrôler le dispositif en utilisant leurs mouvements corporels, en particulier en se penchant et en tournant le torse.
Le Design du Ballbot
Le ballbot est un type de robot unique qui utilise une boule sphérique comme roue principale. Cela lui permet de se déplacer dans toutes les directions, le rendant très agile. Sa taille compacte lui permet de naviguer plus facilement dans des espaces étroits que les fauteuils roulants électriques traditionnels. Le dispositif est conçu pour aider les utilisateurs à maintenir leur équilibre et à effectuer d'autres tâches tout en ayant les mains libres.
Contrôle Sans Mains
Une des caractéristiques remarquables du ballbot est son système de contrôle sans mains. Les utilisateurs peuvent gérer ses mouvements simplement en se penchant. Ce système s'adapte à différents utilisateurs, selon leur capacité de mouvement. Comme la capacité de se pencher et de tourner varie d'une personne à l'autre, le système de contrôle doit être flexible pour prendre en compte ces différences.
Deux méthodes principales de contrôle sont utilisées : le Contrôle d'impédance et le contrôle d'admittance. Les deux méthodes aident à personnaliser le comportement du ballbot en fonction des mouvements de l'utilisateur. Le contrôle d'impédance aide le robot à réagir à la force avec laquelle un utilisateur se penche dans différentes directions, tandis que le contrôle d'admittance se concentre sur l'utilisation des mouvements de l'utilisateur pour dicter la vitesse et la direction du ballbot.
L'Étude de Recherche
Pour savoir à quel point ces méthodes de contrôle sont efficaces, une étude a été menée avec des utilisateurs expérimentés et des novices. L'objectif était de tester la capacité des gens à arrêter le ballbot à une certaine vitesse et à naviguer facilement dans des espaces étroits. Les participants comprenaient des personnes qui utilisent des fauteuils roulants et d'autres qui n'en utilisent pas.
Test de la Performance de Freinage
Dans la première phase, des utilisateurs expérimentés familiers avec le dispositif ont été invités à s'arrêter complètement à une vitesse proche de celle de la marche. Les chercheurs ont mesuré divers facteurs, y compris l'effort que les utilisateurs devaient fournir, le temps nécessaire pour s'arrêter et la distance parcourue par le ballbot avant de s'arrêter.
Les résultats ont montré que le système de contrôle d'admittance fonctionnait mieux que le système de contrôle d'impédance. Les utilisateurs qui se penchaient efficacement ont obtenu de meilleures performances d'arrêt, nécessitant moins d'effort et de temps pour arrêter le ballbot.
Test avec des Utilisateurs Novices
Ensuite, des utilisateurs novices ont été invités à tester le ballbot. Ils avaient peu ou pas d'expérience avec l'appareil. Ces participants ont pratiqué le contrôle du ballbot en utilisant la méthode de contrôle d'admittance avant de tenter les tests de freinage. Ils ont obtenu des résultats similaires à ceux des utilisateurs expérimentés, montrant que le design est intuitif et facile à prendre en main.
Une fois à l'aise pour arrêter le ballbot, les utilisateurs novices sont passés aux tests de Navigation. Ces tests consistaient à manœuvrer à travers des couloirs étroits et à éviter des obstacles statiques et en mouvement. Les résultats ont confirmé que les utilisateurs pouvaient gérer efficacement le dispositif, même dans des situations difficiles.
Avantages du Ballbot
Le ballbot répond à certaines limites clés des fauteuils roulants traditionnels et des modèles électriques. Son design permet aux utilisateurs de se déplacer dans n'importe quelle direction, leur offrant plus de liberté et de contrôle. La méthode de contrôle sans mains réduit la tension physique sur le corps, ce qui peut diminuer le risque de blessure.
La taille compacte du ballbot le rend adapté à une utilisation intérieure car il peut naviguer facilement dans des espaces étroits. C'est particulièrement bénéfique pour les utilisateurs ayant des problèmes de mobilité dans des environnements quotidiens comme les maisons ou les petits bureaux.
Conclusion
Le développement du ballbot représente un avancement significatif dans la technologie d'assistance. Il combine un design innovant avec un contrôle sans mains, offrant aux utilisateurs une nouvelle manière de vivre leur mobilité. Les résultats des tests montrent que tant les utilisateurs expérimentés que novices peuvent rapidement apprendre à opérer le dispositif efficacement.
En se penchant et en tournant leur corps, les utilisateurs peuvent contrôler le ballbot facilement, ce qui rend l'expérience plus sûre et agréable. Cette approche ouvre de nouvelles possibilités pour les personnes ayant des problèmes de mobilité, leur permettant de se déplacer de manière autonome et confiante dans leur environnement.
Alors que la recherche continue, l'espoir est que des dispositifs comme le ballbot puissent améliorer la qualité de vie de nombreuses personnes, leur offrant la liberté et la mobilité dont elles ont besoin pour s'impliquer pleinement dans leurs activités quotidiennes.
Titre: Exploiting Physical Human-Robot Interaction to Provide a Unique Rolling Experience with a Riding Ballbot
Résumé: This study introduces the development of hands-free control schemes for a riding ballbot, designed to allow riders including manual wheelchair users to control its movement through torso leaning and twisting. The hardware platform, Personal Unique Rolling Experience (PURE), utilizes a ballbot drivetrain, a dynamically stable mobile robot that uses a ball as its wheel to provide omnidirectional maneuverability. To accommodate users with varying torso motion functions, the hanads-free control scheme should be adjustable based on the rider's torso function and personal preferences. Therefore, concepts of (a) impedance control and (b) admittance control were integrated into the control scheme. A duo-agent optimization framework was utilized to assess the efficiency of this rider-ballbot system for a safety-critical task: braking from 1.4 m/s. The candidate control schemes were further implemented in the physical robot hardware and validated with two experienced users, demonstrating the efficiency and robustness of the hands-free admittance control scheme (HACS). This interface, which utilized physical human-robot interaction (pHRI) as the input, resulted in lower braking effort and shorter braking distance and time. Subsequently, 12 novice participants (six able-bodied users and six manual wheelchair users) with different levels of torso motion capability were then recruited to benchmark the braking performance with HACS. The indoor navigation capability of PURE was further demonstrated with these participants in courses simulating narrow hallways, tight turns, and navigation through static and dynamic obstacles. By exploiting pHRI, the proposed admittance-style control scheme provided effective control of the ballbot via torso motions. This interface enables PURE to provide a personal unique rolling experience to manual wheelchair users for safe and agile indoor navigation.
Auteurs: Chenzhang Xiao, Seung Yun Song, Yu Chen, Mahshid Mansouri, João Ramos, Adam W. Bleakney, William R. Norris, Elizabeth T. Hsiao-Wecksler
Dernière mise à jour: 2024-09-27 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2409.18452
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2409.18452
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
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