Σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχος εξωσκελετικού επιπρόσθετου ρομποτικού δαχτύλου.

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον για την ανάπτυξη ρο μποτικών διατάξεων, οι οποίες τοποθετούνται απευθείας επάνω στο σώμα του χρήστη και απο σκοπούν στην υποστήριξη της κίνησης του σώματος ατόμων με κινητικές δυσκολίες, καθώς επί σης και για την αποκατάσταση και ενίσχυση των κινητικών λειτουργιών ατόμων με αναπηρίες. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η σχεδίαση, κατασκευή και ο έλεγχος ενός εξωσκελετικού επιπρόσθετου ρομποτικού δαχτύλου, το οποίο θα μπορεί να προσαρμοστεί στον καρπό του ανθρώπινου χεριού. Η διάταξη αυτή, ως ένα έκτο δάκτυλο, αποσκοπεί στην ενί σχυση των ικανοτήτων του χεριού ανθρώπων με κινητικά προβλήματα, λειτουργώντας ως συ μπληρωματικό μέλος. Επιπρόσθετα διερευνάται η δυνατότητα αντιστάθμισης της απώλειας κά- ποιου μέλους του χεριού και πιο συγκεκριμένα του αντίχειρα. Τα χαρακτηριστικά που θα πρέ- πει να διαθέτει είναι η ελαφριά και στιβαρή κατασκευή, ευκολία φορητότητας και ασφάλεια στη χρήση της. Παράλληλα, η εργασία αποσκοπεί στην ανάπτυξη κατάλληλου αλγόριθμου για τον λειτουρ γικό έλεγχο της κίνησης του ρομποτικού δαχτύλου, το οποίο θα υποβοηθά το ανθρώπινο μέλος αντιλαμβανόμενο την κίνηση του χεριού κατά τη λαβή κάποιου αντικειμένου. Για την καταγραφή της κίνησης του ανθρώπινου χεριού, υλοποιήθηκε γάντι συλλογής δεδο μένων το οποίο ενσωματώνει αισθητήρες κάμψης. Σημαντικό στοιχείο αποτελεί η σχεδίαση κατάλληλου ηλεκτρικού κυκλώματος για την αξιόπιστη καταγραφή των δεδομένων, ενώ η κα τασκευή των απαραίτητων πλακετών επέκτασης θα πρέπει να εξασφαλίζει τη φορητότητα του συστήματος.

Ιn recent years, the research and scientific community has shown considerable interest in the development of robotic devices that are attached directly to the human body. These devices aim to support the movement of people with diminished functionality and to aid with the rehabilitation and enhancement of the mobility of patients with limb impairments. Primary aim of this thesis is the design, development and control of an extra robotic finger, which will be worn on the wrist of the human hand. The objective of this prototype is the enhancement of the hand motion capabilities and functionality of people with reduced hand mobility, serving as an extra limb. Furthermore, the potential to counterbalance the loss of a limb and in particular the thumb, is investigated. The characteristics that this device should possess include a robust and light weight construction, portability and safety in use. This work also aims in the development of suitable algorithms to control the motion of the robotic finger. The proposed algorithms will integrate the movement of the robotic device to that of the human hand, to provide support during grasping motions. A data glove using flex sensors was developed in order to capture the motion of the human hand. Electronic circuits were designed and implemented to ensure reliable data acquisition. Additionally, the system’s portability is achieved through custom built printed circuit boards (Arduino Shields).