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# Informatica # Robotica

Ballbot: Un Nuovo Approccio agli Aiuti per la Mobilità

Il ballbot offre un controllo del movimento senza mani per chi ha difficoltà di mobilità.

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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Indice

Lo sviluppo di dispositivi assistivi aiuta le persone con sfide motorie a muoversi più facilmente. Le carrozzine tradizionali possono limitare il movimento e causare lesioni nel tempo a causa dell'uso ripetuto. Alcune carrozzine elettriche risolvono questo problema, ma possono essere pesanti, costose e difficili da usare in spazi ristretti. Per affrontare queste questioni, è stato creato un nuovo dispositivo, chiamato Ballbot. Questo design innovativo permette agli utenti di sedersi e controllare il dispositivo usando i movimenti del corpo, in particolare inclinando e ruotando il torso.

Il Design del Ballbot

Il ballbot è un tipo unico di robot che utilizza una sfera come ruota principale. Questo gli consente di muoversi in tutte le direzioni, rendendolo molto agile. Le sue dimensioni compatte gli permettono di navigare più facilmente in spazi stretti rispetto alle carrozzine elettriche tradizionali. Il dispositivo è progettato per aiutare gli utenti a mantenere l'equilibrio e a svolgere altre attività mentre possono usare le mani liberamente.

Controllo Senza Mani

Una delle caratteristiche principali del ballbot è il suo sistema di controllo senza mani. Gli utenti possono gestire i suoi movimenti semplicemente inclinando il torso. Questo sistema si adatta a diversi utenti, a seconda di quanto possono muoversi. Poiché la capacità di inclinarsi e ruotare varia da persona a persona, il sistema di controllo deve essere flessibile per adattarsi a queste differenze.

Si utilizzano due metodi principali di controllo: controllo di impedenza e controllo di ammissione. Entrambi i metodi aiutano a personalizzare il comportamento del ballbot in base ai movimenti dell'utente. Il controllo di impedenza aiuta il robot a rispondere a quanto forte un utente si inclina in diverse direzioni, mentre il controllo di ammissione si concentra sull'usare i movimenti dell'utente per determinare la velocità e la direzione del ballbot.

Lo Studio di Ricerca

Per capire quanto siano efficaci questi metodi di controllo, è stato condotto uno studio che coinvolgeva utenti esperti e principianti. Lo scopo era testare quanto bene le persone potessero fermare il ballbot da una certa velocità e quanto facilmente potessero navigare attraverso spazi stretti. I partecipanti includevano persone che usano carrozzine e altre che non lo fanno.

Test delle Prestazioni di Frenata

Nella prima fase, agli utenti esperti familiari con il dispositivo è stato chiesto di fermarsi completamente da una velocità simile a quella della camminata. I ricercatori hanno misurato vari fattori, tra cui quanto impegno dovevano fare gli utenti, quanto tempo ci mettevano a fermarsi e quanto lontano viaggiava il ballbot prima di fermarsi.

I risultati hanno mostrato che il sistema di controllo di ammissione funzionava meglio rispetto al sistema di controllo di impedenza. Gli utenti che inclinavano efficacemente il torso ottenevano prestazioni di frenata migliori, necessitando di meno sforzo e tempo per fermare il ballbot.

Test con Utenti Principianti

Successivamente, sono stati coinvolti utenti principianti per testare il ballbot. Avevano poca o nessuna esperienza nell'utilizzarlo. Questi partecipanti hanno praticato il controllo del ballbot utilizzando il metodo di controllo di ammissione prima di tentare i test di frenata. Hanno performato in modo simile agli utenti esperti, dimostrando che il design è intuitivo e facile da apprendere.

Una volta che si sono sentiti a loro agio nel fermare il ballbot, gli utenti principianti sono passati ai test di Navigazione. Questi test involvevano manovre attraverso corridoi stretti e l'evitamento di ostacoli statici e in movimento. I risultati hanno confermato che gli utenti potevano gestire efficacemente il dispositivo, anche in situazioni difficili.

Vantaggi del Ballbot

Il ballbot affronta alcune limitazioni chiave delle carrozzine tradizionali e dei modelli elettrici. Il suo design consente agli utenti di muoversi in qualsiasi direzione, offrendo loro maggiore libertà e controllo. Il metodo di controllo senza mani riduce lo sforzo fisico sul corpo, potenzialmente abbassando il rischio di infortuni.

Le dimensioni compatte del ballbot lo rendono adatto per l'uso interno, poiché può navigare facilmente in spazi ristretti. Questo è particolarmente vantaggioso per gli utenti che affrontano sfide motorie in ambienti quotidiani come case o piccoli uffici.

Conclusione

Lo sviluppo del ballbot rappresenta un passo significativo in avanti nella tecnologia assistiva. Combina design innovativo con controllo senza mani, offrendo agli utenti un nuovo modo di vivere la mobilità. I risultati dei test mostrano che sia gli utenti esperti che quelli principianti possono imparare rapidamente a utilizzare efficacemente il dispositivo.

Inclinando e ruotando il corpo, gli utenti possono controllare il ballbot con facilità, portando a un'esperienza più sicura e piacevole. Questo approccio apre nuove possibilità per le persone con sfide motorie, permettendo loro di muoversi in modo indipendente e sicuro nei loro ambienti.

Con la continua ricerca, la speranza è che dispositivi come il ballbot possano migliorare la qualità della vita di molte persone, fornendo loro la libertà e la mobilità necessarie per partecipare pienamente alle loro attività quotidiane.

Fonte originale

Titolo: Exploiting Physical Human-Robot Interaction to Provide a Unique Rolling Experience with a Riding Ballbot

Estratto: 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.

Autori: Chenzhang Xiao, Seung Yun Song, Yu Chen, Mahshid Mansouri, João Ramos, Adam W. Bleakney, William R. Norris, Elizabeth T. Hsiao-Wecksler

Ultimo aggiornamento: 2024-09-27 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://arxiv.org/abs/2409.18452

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2409.18452

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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