doktorska disertacija
Blaž Jakopin (Avtor), Marko Munih (Mentor)

Povzetek

Doktorska disertacija sega na področje robotsko podprte motorične rehabilitacije bolnikov z motnjami gibanja zgornjih okončin. V nalogi obravnavamo metode združevanja senzornih informacij s poudarkom na merjenju in ocenjevanju fiziološkega odziva za načrtovanje naloge in vodenje haptičnega mehanizma, ki je zasnovan z inherentno elastičnostjo. Slednji omogoča varno interakcijo s človekom in načrtovanje metod vodenja aktivne podajnosti. Disertacija se najprej poglobi na področje nemotečega merjenja fiziološkega odziva človeka. Predstavljeni so fiziološki procesi človeka, ki se manifestirajo v obliki bioelektričnih in drugih signalov. Slednje lahko izmerimo z različnimi fiziološkimi merilnimi sistemi, ki so predstavljeni v nadaljevanju. Delo se za tem osredini na analizo merjenja in zasnovo lastnega merilnega sistema, ki omogoča nemoteče merjenje fizioloških signalov med robotsko interakcijo. Sledi opis analize merjenih signalov in metod obdelave podatkov z namenom pridobivanja značilnih fizioloških parametrov. Za uporabo predlaganega sistema v aplikacijah robotske rehabilitacije je potrebno sistem validirati v primerjavi s preverjenim referenčnim sistemom. Postopek validacije vključuje analizo podobnosti surovih signalov, kakor tudi analizo podobnosti izračunanih parametrov. Validacija je oplemenitena s poglobljeno študijo artefaktov gibanja med opravljanjem rehabilitacijske naloge, ki ovrednoti kvaliteto signala glede na prispevke gibanja. V zadnjem delu je predstavljena tudi validacija metode adaptivne vadbe, ki temelji na strukturi odločitvenega drevesa, kjer v procesu odločanja uporabljamo tako podatke o biomehanskih parametrih in uspehu naloge, kot tudi podatke o fiziološkem odzivu človeka. Pomembnejše izsledke o poglavju zberemo s sklepnimi ugotovitvami na koncu. Drugi del disertacije je namenjen analizi in načrtovanju metod vodenja linearnega pogona s spremenljivo togostjo. Slednji zaradi elastičnih elementov, ki jih vsebuje med pogonom in segmentom, omogoča varno interakcijo s človekom. Poglavje se začne z opisom zasnove pogonskega sklopa, kjer najprej naredimo pregled mehanskih konfiguracij sklopov s spremenljivo togostjo. Nadaljujemo z analizo pogonskega sklopa LinWWC-VSA, ki spada v družino antagonističnih pogonskih sklopov z uporabo antagonističnih nelinearnih vzmeti. Model pogonskega sklopa omogoča ocenjevanje togosti in sil na vrhu segmenta, ki jih lahko uporabimo pri načrtovanju vodenja. Sledi opis zasnove lastne verzije haptičnega mehanizma, ki vsebuje omenjen linearni pogonski sklop s spremenljivo togostjo. Opisani sta strojna in programska oprema, ki sta uporabljeni za izgradnjo haptičega mehanizma. Kinematične in dinamične spremenljivke uporabljenega mehanizma predstavimo z matematičnim modelom mehanizma. Sledi opis različnih metodologij za analizo haptičnih mehanizmov, kjer opišemo obstoje če metode za ocenjevanje statičnega in frekvenčnega odziva haptičnega mehanizma, ter opis metode ocenjevanja vodenja in točnosti. Sledi eksperimentalna validacija, znotraj katere obravnavamo predlagane metode pozicijskega vodenja in vodenja po sili. Za slednje potrebujemo meritev sile na vrhu, ki jo izračunamo iz pomika nelinearnih vzmeti. Metode vodenja pozicije in sile pa na koncu še razširimo na metode vodenja aktivne impedance s vpeljavo admitančne in impedančne regulacije.

Ključne besede

rehabilitacija zgornjih okončin;fiziološki signali;večmodalni sistemi;združevanje senzornih informacij;interakcija robota s človekom;pogoni s spremenljivo togostjo;senzorno podprta enoročna robotska vadba;disertacije;

Podatki

Jezik: Slovenski jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija: UL FE - Fakulteta za elektrotehniko
Založnik: [B. Jakopin]
UDK: 007.52:612.76:615.8(043.3)
COBISS: 12023124 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 1618
Št. prenosov: 362
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Angleški jezik
Sekundarni naslov: ANALYSIS AND SYNTHESIS OF METHODS FOR SAFE, SENSORY SUPPORTED UNIMANUAL ROBOT BASED TRAINING
Sekundarni povzetek: This doctoral thesis is dealing with robotic exercise for support in motor rehabilitation of patients with movement disorders of the upper extremities. The first part of the thesis is focused on an unobtrusive measurement of the persons’ physiological response. First, different physiological processes, that manifest themselves as bioelectric and other types of signals, are described. State of the art technologies for measuring these signals are presented, based on the literature review a new measurement system is proposed. Unobtrusive measurement methods are described for different physiological signals, followed by proposed signal analysis and processing. The proposed system was experimentally validated. Validation was performed by using a reference measurement system, considered as the gold standard for physiological measurement. Raw signal correlation was performed for all physiological signals, as well as parameter comparison. A thorough analysis of motion artifacts and signal quality during tasks was conducted. An adaptive task controller for a physical robot interaction task si validated in the last part of the chapter. Controller was based on a tree structure, using physiological and biomechanical signals from the proposed system as inputs. Second part of the thesis is concerned with analysis of a variable stiffness actuator and methodology for control. Variable stiffness actuators enable a safe human-robot interaction. The chapter starts with a review of different variable stiffness configurations. It is followed by a detailed description of a antagonistic variable stiffness configuration, utilizing non-linear springs for stiffness adjustment. Detailed description of LinWWCVSA actuator is presented, along with the stiffness and force models. These can be implemented in actuator control. Further, a new version of a haptic interface is presented, using the LinWWC-VSA configuration. Hardware and software used by the interface are described in detail, followed by kinematic and dynamic modeling of the interface. Different performance measures for haptic interfaces are described, followed by an experimental review of the haptic interface. Position and force control methods are proposed and analyzed. Force calibration and measurement is presented together with control. Finally, active compliance control is presented and analyzed. Impedance and admittance control strategies are evaluated.
Sekundarne ključne besede: Medicinska rehabilitacija;Disertacije;Robotika;
Vrsta dela (COBISS): Doktorsko delo/naloga
Študijski program: 1000319
Konec prepovedi (OpenAIRE): 1970-01-01
Komentar na gradivo: Univ. v Ljubljani, Fak. za elektrotehniko
Strani: XVIII, 142 str.
ID: 10930901