2021
műszaki
Viselhető, exoskeleton-alapú humán-gép interfész tervezése a kéz mozgásának kódolására, ügyes robotok teleoperációjához
Témavezető:
Dr. Cserey György, Tihanyi Attila
Dr. Cserey György, Tihanyi Attila
Összefoglaló
Napjainkban a komplex, direkt emberi munkavégzésre alkalmatlan, veszélyes környezetben végzendő feladatoknál egyre nagyobb teret nyer a teleoperációval vezérelt robotok használata. Ezekben az előre nehezen kiszámítható helyzetekben komoly előnyt jelentene, ha az operátor kihasználhatná a tapasztalataiból és kiképzéséből adódó intuitív, ösztönös döntéshozói képességeit, eszközhasználati szokásait, következésképp emberi kézügyességét egy, az emberi felső végtag részletes funkcionalitását és aktív-passzív tulajdonságait megfelelő pontossággal utánzó manipulátor teleoperációs vezérlésével. Bár az efféle, megfelelő képességű robotmanipulátorok fejlesztése önmagában is komoly kihívás, néhány megoldás már jelenleg is elérhető. Telerobotikai alkalmazásukhoz viszont szükség van egy, a mozgás akadályozása nélkül viselhető bemeneti vezérlőrendszerre, mely rögzíti, és a kéz organikus anatómiai felépítését, biomechanikai tulajdonságait és izomműködését is figyelembe véve, a mozgástartományok és eszközhasználat akadályozása nélkül enkódolja a felhasználó mozgását, és motoros parancsokká alakítja azokat a manipulátor számára.
Ebben a tanulmányban részletesen elemezzük és modellezzük az emberi kéz kapcsolódó biomechanikai működését, és bemutatjuk egy, a fenti feltételeknek megfelelő, passzív, érzékelő exoskeleton-kesztyű koncepcióját, mely egy Bowden-szerű mechanikai struktúra és inkrementális enkóderek használatával képes dinamikusan mérni az elfordulást kezünk szabadsági fokai körül, ezáltal leképezve a kézügyességet előidéző aktivitást. Részletezzük az elektromos komponensek (enkóderek és feldolgozóegységek) egyedileg és célirányosan tervezett kialakítását, illetve a kapcsolódó adatfeldolgozó szoftveres architektúra működését. Végezetül pedig bemutatjuk az eszköz működő, viselhető, különböző 3D nyomtatási technológiák felhasználásával készített, teleoperációs alkalmazásra szánt prototípusát, egyéb továbbfejlesztési tervekkel egyetemben, és teszteljük a mozdulatok megfelelő szintű rögzítését egy Matlab-alapú szimulációs környezetben.
Ebben a tanulmányban részletesen elemezzük és modellezzük az emberi kéz kapcsolódó biomechanikai működését, és bemutatjuk egy, a fenti feltételeknek megfelelő, passzív, érzékelő exoskeleton-kesztyű koncepcióját, mely egy Bowden-szerű mechanikai struktúra és inkrementális enkóderek használatával képes dinamikusan mérni az elfordulást kezünk szabadsági fokai körül, ezáltal leképezve a kézügyességet előidéző aktivitást. Részletezzük az elektromos komponensek (enkóderek és feldolgozóegységek) egyedileg és célirányosan tervezett kialakítását, illetve a kapcsolódó adatfeldolgozó szoftveres architektúra működését. Végezetül pedig bemutatjuk az eszköz működő, viselhető, különböző 3D nyomtatási technológiák felhasználásával készített, teleoperációs alkalmazásra szánt prototípusát, egyéb továbbfejlesztési tervekkel egyetemben, és teszteljük a mozdulatok megfelelő szintű rögzítését egy Matlab-alapú szimulációs környezetben.
Dr. Cserey György
Tihanyi Attila