Sistema ETD

Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

 

Tesi etd-06262012-094239


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
GIOBBI, LORENZO
URN
etd-06262012-094239
Titolo
Metodologia per la valutazione quantitativa dell'iterazione uomo-robot nell'esecuzione di task di navigazione
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Commissione
relatore Prof. Sabatini, Angelo Maria
relatore Prof.ssa Laschi, Cecilia
Parole chiave
  • indici di prestazione
  • smart walking aids
  • parametri di prestazione
  • Bimbot
  • robot
  • riabilitazione del cammino
Data inizio appello
17/07/2012;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
17/07/2052
Riassunto analitico
Bimbot è un robot mobile progettato e realizzato per un utilizzo da parte di pazienti afflitti da disordini nel cammino e che necessitano di un supporto fisico e percettivo per effettuare movimenti sicuri sia durante gli interventi riabilitativi che nelle attività quotidiane.
Lo scopo di questo progetto consiste nell'individuazione di una metodologia volta a determinare le prestazioni di utenti che utilizzano il robot: le performance vengono valutate calcolando alcuni indici a partire dai dati sulla traiettoria eseguita dal robot e consentono di quantificare alcune abilità dell'utente, come ad esempio la capacità di seguire la traiettoria migliore, di svolgere l'esercizio velocemente e di compiere una traiettoria smooth.
Inizialmente sono state valutate due possibili interfacce (barra di controllo del robot e balance board) guidando il robot su un percorso ad ostacoli virtuale tramite un software di simulazione: dagli indici ottenuti, confrontati con il T-test, si osserva come le prestazioni ottenute con l'interfaccia classica del robot (la barra di controllo) siano significativamente migliori (p<0,05), facendo concludere che la barra sia l'interfaccia di più semplice utilizzo. La balance board si rivela quindi come un'interfaccia poco appropriata per la guida sul dispositivo reale a causa dell'elevato jerk derivante dalla natura dell'interfaccia che rende difficile una guida accurata.
Nella fase successiva sono state poi effettuate delle prove sia in ambiente virtuale che in ambiente reale (quest'ultimo monitorato tramite il sistema di analisi del movimento Vicon), utilizzando la barra di controllo come unica interfaccia di guida e variando la sensibilità dell'interfaccia per verificare se ci sono valori dei parametri di controllo che ottimizzino le prestazioni. In ambiente virtuale, i valori medi degli indici di prestazione seguono tutti un andamento pressoché lineare al variare della sensibilità K: analizzando i dati con il test ANOVA per misure ripetute, si osserva come l’effetto principale di K è significativo (p < 0,05) per tutti i parametri. Le prestazioni migliori si ottengono con bassi valori di sensibilità dell'interfaccia in quanto all'aumentare di questi aumenta anche la difficoltà dell'esercizio e si ha un controllo meno efficace dei movimenti. Compiendo la stessa analisi sui dati ottenuti durante la guida in ambiente reale si osserva invece come la variazione di sensibilità influenzi soltanto la smoothness della traiettoria e la capacità di passare il più vicino possibile agli ostacoli.
Nel progetto è stata inoltre valutata e verificata la validità del sistema di controllo mirror che consente, tramite l'utilizzo di sensori magnetici, la guida del robot indossando un dispositivo portatile (smartphone) senza che l'utente entri in diretto contatto con esso ma utilizzandolo solo come riferimento percettivo durante i task riabilitativi, incoraggiandone così il movimento autonomo. Effettuando una prova statica, mantenendo fermo il robot e muovendo lo smartphone, si osserva una differenza tra gli angoli rilevati dai sensori magnetici con quelli rilevati dal Vicon (rmse = 4,4° circa il 12% rispetto al valore massimo registrato nella prova), dovuta alle perturbazioni magnetiche presenti nel laboratorio di misura: questa differenza non influenza comunque la capacità dell'utente di controllare il robot durante le prove dinamiche, condotte su due percorsi in linea retta e due che prevedono il passaggio di un varco.
File