Estudi i disseny d'un dispositiu hàptic per al control d'una cadira de rodes robotitzada

Abstract

Aquest projecte és l’estudi i disseny d’un comandament hàptic per a una cadira de rodes robotitzada amb un braç robòtic. El comandament dissenyat és capaç de donar ordres en 5 Graus de Llibertat (G.d.Ll.) i que l’usuari percebi les forces d’interacció amb l’entorn(retorn hàptic). Aquesta comunicació entorn-cadira i cadira-usuari proporciona una assistència a la conducció i al control de la cadira robòtica i el braç. Per realitzar aquesta comunicació el mecanisme consta d’actuadors que fan possible el retorn hàptic i sensors que fan possible el control de la cadira i el braç. Per tal d’aconseguir aquest objectiu s’ha seguit una metodologia organitzada en quatre parts. La primera part és un estudi sobre les diferents interfícies hàptiques que existeixen i, posteriorment, un estudi centrat en els dispositius hàptics que utilitzen el retorn hàptic. En aquest apartat s’introdueixen els conceptes tècnics que es tracten al llarg del projecte. La segona part és l’elaboració d’un estat de l’art que recull dispositius amb característiques similars al que es vol dissenyar. S’ha recollit informació sobre diferents dispositius de control i s’ha prestat especial atenció als G.d.Ll. del mecanisme i si tenen o no retorn hàptic. La tercera part és el desenvolupament del disseny del comandament. En aquest apartat es mostra l’evolució del disseny i els càlculs realitzats per dimensionar els actuadors i sensors del mecanisme. La quarta i última part ha estat l’adaptació del disseny per a la fabricació en impressió 3D. En aquesta part s’han realitzat anàlisis d’elements finits de les parts a imprimir i s’ha elaborat un pressupost amb els components comercials i impresos que conformen el comandament.

This project is the study and design of a haptic joystick for a robotic wheelchair with a robotic arm. The designed joystick is capable of giving orders in 5 Degrees of Freedom (DOF) and that the user perceives the forces of interaction with the environment (haptic feedback). This environment-chair and chair-user communication provides driving assistance and control of the robotic chair and arm. To carry out this communication, the mechanism consists of actuators that make haptic feedback possible and sensors that make control of the chair and arm possible. To achieve this objective, a methodology organized in four parts has been followed. The first part is a study on the different haptic interfaces that exist and, later, a study focused on haptic devices that use haptic feedback. This section introduces the technical concepts discussed throughout the project. The second part is the development of a state of the art that includes devices with similar characteristics to what is to be designed. Information has been collected on different control devices and special attention has been paid to the DOF of the mechanism and whether or not they have haptic feedback. The third part is the development of the controller design. This section shows the evolution of the design and the calculations made to size the actuators and sensors of the mechanism. The fourth and last part was the adaptation of the design for manufacturing in 3D printing. In this part, finite element analysis of the parts to be printed have been carried out and a budget has been prepared with the commercial and printed components that make up the joystick.