Robotok a fogyatékosság csökkentésének szolgálatában

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gyártástudomány és -technológia Tanszék

Robotok a fogyatékosság csökkentésének szolgálatában

Összeállította: Tóth András tudományos munkatárs

1

BME Gyártástudomány és -technológia Tanszék


Előadásvázlat

 



2013. 04.

Bevezető Magyarországi egészségügyi robotos helyzetkép Kutatás-fejlesztési és innovációs projektek: – REHAROB +: agysérültek felső végtagját gyógytornáztató robot – DOMEO: időseket otthonukban segítő szociális és fizikális társrobotok – EVRYON: ember-gép szimbiotikus együttműködését kihasználó viselhető, járást segítő robot

2



1. bevezető dia: Robotok vezető autógyártónknál







A világ első ipari robotja, az Unimate, 1961-ben egy fröccsöntőgép kiszolgálását kezdte meg a General Motors, Ternstedt, New Jersey, USA-beli üzemében. Ma a világban 1,2 millió, Magyarorszá-gon kb. ezerötszáz ipari robot működik (IFR) ISO 8373: A manipuláló ipari robot automatikusan irányított, újraprogramozható, többcélú legalább három tengely mentén programozható, térben rögzítetten telepített vagy mozgatható alapú, ipari automatizálási feladatokra használt manipulátor.

Forrás: http://www.ifr.org, http://audi.hu 2013. 04.

3



2. bevezető dia: Művészet - szépirodalom

2013. 04.

4



3. bevezető dia: Művészet - film

2013. 04.

5



4. bevezető dia: Robot az otthonunkban

Forrás: SONY, http://www.speedshop.hu 2013. 04.

6

Magyarországi egészségügyi robotikai helyzetkép

7



Da Vinci, urológiai sebészrobot, Telki kórház, eseti alkalom 2007.03.23. HM Állami Egészségügyi Központ, 2011. december

2013. 04.

8



Robot sebész lézer, DE OEC, 2012. január

 



Debreceni Egyetem, Orvos- és Egészségtudományi Centrum 132.500.000 Ft Első két hónapban 13 szaruhártya átültetés

Forrás: http://www.deoec.hu/upload/deoec/document/EC_2012_nyar.pdf

2013. 04.

9



LTC2-FTS tip. robottargonca, Állami Egészségügyi Központ

2013. 04.

10



GaitTrainer, Országos Orvosi Rehabilitációs Intézet

2013. 04.

11



Robotbeteg, SOTE, 2009.09.16.

2013. 04.

12

Gyógytorna gyakorlatok robottal: REHAROB és utódprojektjei

13



REHAROB: Mozgássérültek felső végtagjának gyógytornáztatása ipari robottal  



Tervezés és fejlesztés 2000-2003-ig EU projekt támogatásával Rásegítő projektek: FIZIOROBOT (2004-2005), ROBOTERÁPIA (2006-2007) Országos Orvosi Rehabilitációs Intézetben egy egyszerű (2003) és egy kontrollált (2005) klinikai vizsgálat: –

–     2013. 04.

40 fő 15 hónap

COSMOSYS (NKTH-TéT, 20102013) Orvostechnikai tanúsítás A robotos gyógytorna beépítése a napi munkába Termék életút tervezés 14



Féloldali bénulás: néhány jellemző

2013. 04.



Gyakoriság: Átlagosan 800-1500 eset jut minden 100000-es populációra évente az Európai Unióban.



Okozza: –

Agyi érkatasztrófa (STROKE)

–

Agyvérzés (STROKE)

–

Agydaganat

–

Agysérülés

–

Multiple sclerosis

–

Születéskori agykárosodás

15



Mi az a spasztikus hemiparézis (“szabályozási hiba”: állandó alapjel) Megnövekedett izomtónus, elsődlegesen az antigravitációs izmokban: 

felső végtag: hajlító izmok,



alsó végtag: feszítő izmok

Rehabilitáció:

Wernicke – Mann tartás 2013. 04.



egy gyógytornász 4 beteget kezel naponta



2 x 45-60 min gy.torna/fő naponta



intézeti rehabilitáció: 20-25 nap



EU:700 Euro/nap, USA: 1400$/nap 16



45 váll-könyök gyakorlat a 8 ismert iskola szerint

Bobath, PNF, Kabat, Brunnstrom, Rood, Vojta, Fay-Doman, Pető (konduktív pedagógia) 2013. 04.

17



MULTIMÉDIA-KATALÓGUS

8. Gyakorlat Kiinduló helyzet

2013. 04.

Véghelyzet

18



A REHAROB gyógytornáztató berendezés 

Célkitűzés: személyre szabott teljes térbeli váll-könyök gyógytorna gyakoroltatás spasztikus hemiparetikus betegeken.

Hogyan?

2013. 04.



Kiválasztottunk két ABB ipari robotot.



A kisebbik a felkart, a nagyobbik az alkart mozgatja.



A gyógytornász ún. betanításos programozással készíti el a gyakorlatok programját. A fogantyúk segítségével mozgatja a beteg kart, miközben a robotok megjegyzik a mozgásokat.

19



A REHAROB berendezés számítógépes terve

Ipari robotok Állvány

Alap: 5x4.6

m2

Motoros kezelőszék

Magasság: 2.8 m 2013. 04.

20



A REHAROB Gyógytornáztató Berendezés első prototípusa (2003)

BIZTONSÁG!

Állvány

Ipari robotok

Irányító panel Kezelőszék

2013. 04.

21



REHAROB v2 (2007-)

  



2013. 04.

5. generációs ABB ipari robotok gyári erőszabályozással Kézmodul hozzáadása 5 mindennapi tárgy megfogás és manipulálás tevékenység (Activities of Daily Living: ADL) kiválasztása Aktív gyógytorna: – Mozgáskorrigálás gravitációs tehermentesítéssel – Mozgáskorrigálás gravitáció mellett – Mozgatás ellenállás mellett

22



A kiválasztott mindennapi tevékenységek mozgásanalízise ADL1: Bögre megfogása a fülénél, szájhoz emelés és vissza

ADL3: Oldalon lévő telefonkagyló megfogása, fülhöz emelése, és vissza

2013. 04.

ADL2: Zipzár fülének megfogása, a zipzár kinyitása, bezárása, és vissza

ADL4: Szalvéta megfogása, száj megtörlése, és vissza

ADL5: Ajtókilincs megfogása, 90 fokos elforgatás, ajtó 90 fokos kinyitása, bezárása, és vissza

23



Kézmodul kialakítása

Háromujjas ügyes robotkéz (Schunk AG)

2013. 04.

Robotujj és kézujj összekapcsolása

Kézmodul terve

24

Időseket otthonukban segítő szociális és fizikális társrobotok : DOMEO

25



DOMEO EU AAL projekt (2009-2012): Időseket otthonukban támogató szociális és fizikális társrobotok Kompaï szociális társrobot: 

Több nyelven (köztük magyarul is) ért és beszél



Kérésre önállóan tud mozogni a lakásban



Veszélyhelyzeti segítségkérés



Napirendre emlékeztető gyógyszer bevétel, találkozó



Bevásárló lista



Szórakozás játékok, zene és videó lejátszó



Kapcsolattartás video-telefonálás, e-mail



Hírek, időjárás



Élettani paraméterek monitorozása

2013. 04.

26



Felhasználói igények vak felmérése (Magyarország, 120 fős minta) 

Mi a véleménye egy olyan robotról, amely az idős személy állapotának felmérésekor kritikus érték esetén értesítené az egészségügyi intézményt?

Robot bemutató nélkül!

2013. 04.

27



A Kompaï szociális társrobot részei Kamera

ÉrintőképernyőÉ

Tálca Kikapcsoló gomb Központi egység Motor hajtotta kerék

2013. 04.

SOS gomb

Érzékelők (ultrahang, lézerszkenner, infra) Bolygó kerék 28



Használatot korlátozó problémák

2013. 04.



Küszöb



Felgyűrődő szőnyeg



Robot számára nem látható tárgyak



Szűk helyek



Csatlakozás a töltőállomáshoz

29



Betanítás / használat

2013. 04.

30



Funkció használati statisztika 

A robot minden működési adatát log fájlban tárolja



2011. szeptember 17-től 2012. december 31-ig 8 magyar idős önkéntes hajtott végre terepvizsgálatot. (Szakigazgatási szerv engedélyével!)

2013. 04.

31



Napi szolgáltatáshasználati statisztika a tárolt Log adatok alapján

2013. 04.

32



Hang/érintésmódú kommunikációs szolgáltatáshasználati statisztika a tárolt Log adatok alapján

2013. 04.

33



Felhasználói vélemények a szolgáltatásokról (1-5 skálán pontoztak) Usefulness*

Reliability*

Disturbance**

Navigation Obstacle detection and avoidance Automatic docking Carrying small objects Voice control Verbal communication with the robot

4,75 5 5 3,25 4,875 4,75

3,625 4,25 4,25 3,25 3,625 3,625

2,375 1,375 1,375 1 1,625 2,375

Emergency signal E-mail Skype Weather forecast Entertainment Agenda Shopping list Remote control Blood pressure and body weight measurement

5 4,375 4,5 3,75 4,25 3,5 2,375 2,875 4,25

5 3,625 4 4 4,375 3,75 3,5 4,625 3,125

1 1,375 1,5 1,5 1,125 1,25 2,125 1,375 1,375

* 1=worst; 5=best ** 1=best; 5=worst

2013. 04.

34



Tervezett és nem tervezett látogatások

S01

S02

S03

S04

S05

S06

S07

S08

Tervezett

9

7

17

11

15

14

8

13

Nem tervezett

5

4

1

2

1

4

3

1

14

11

18

13

16

18

11

14

Összes

2013. 04.

35



Eredmények, javaslatok

2013. 04.



Hasznos, 3 felhasználónk soha nem használt PC-t előtte. Most vásárol nekik a családjuk.



Kérdezéses funkciók tetszettek, kapcsolattartás és internet szintén, bevásárló lista kevésbé.



„PC kerekeken”!



24h/7nap megbízhatóságú robotműködés elengedhetetlen.



Zaj- és hőkibocsátás csökkentése szükséges.



Beszédfeldolgozás teljesítménye jelentősen alulmúlja a biológiai szintet. Biztonsági kérdés is!



Kis teherbírású robotkar szükséges lenne.



Igény az autonóm működésre („Beszélgess velem!”) és érzelem kifejezésére.

36

Járást segítő viselhető robot : EVRYON

37



EVRYON EU FP7 projekt (2010-2012) Új tervezési módszertan kidolgozása, amely hasznosítja a szerkezeti intelligenciát, az ember-robot szimbiotikus együttműködését, és az emberi mozgás biomechanikai modellezésének eredményeit.

38 2013. 04.

38



Ismert viselhető robotrendszerek: minden rendszer antropomorf kivéve az első sor utolsó rendszere (Honda Walking Assist)

BLEEX - U Berkeley

Pneumatic AAFO U Mich

LOPES-U Twente

HAL – U Tsukuba

ALEX – U Delaware

MIT Pseudo-passive exo

SARCOS Exo

EXPOS – U Sogang

ReWalk. Argon Medical

Rheo and Power SEA-based AAFO - MIT Knees - Össur Honda Walking Assist

2013. 04.

Honda Walking Assist

39

39



A BME feladata: Viselhető robot csípő és bokamoduljának fejlesztése 



Szervo Csípőmodul: 

hip adduction/abduction



hip intra/extra rotation

Szervo és Passzív Bokamodul: 

Szervo: plantarflexion/dorsiflexion



Passzív: adduction/abduction



Passzív: intra/extra rotation



Önhordó kivitel



Aktív támogatás: a maximum izomerő 30%-ig (rásegítés)

2013. 04.

40



30%-nál nagyobb izomerő támogatást nyújtó rendszerek 

100% izomerő támogatás: rehabilitáció bénult végtagok mozgatásával (Rewalk® központi idegrendszeri sérülteknek)



>100% izomerő támogatás: feladatvégző képesség kiterjesztése katonai, munka, telemanipulációs helyzetekben (Bleex, US Army, 40 kg-os hátizsák)

2013. 04.

41



Ergonómiai tervezés 

50 %ilis férfi és női modelleket építettünk a JackTM ergonómiai modellező rendszerben holland idősök antropometriai adatai alapján



5-95 %ilis mérettartományra tervezzük az Evryon viselhető robotot

2013. 04.

42



Gépészetileg végleges BME modulok

Boka modul

Csípő modul

1. Dorsi / Plantar – Flexion (Active) 2. Intra / Extra – Rotation (Passive) 3. Eversion / Inversion (Passive)

1. Abduction / Adduction (Active) 2. Intra / Extra – Rotation (Active) 3. Flexion / Extension (Passive)

2013. 04.

43



BME modulok összeszerelve az ideiglenes rudazattal

2013. 04.

44



Hordhatósági Teszt

2013. 04.

45



VÉGLEGES BME MODULOK (BURKOLATOK NÉLKÜL)

2013. 04.

46



INTEGRÁLT EVRYON VISELHETŐ ROBOT PROTOTÍPUS

2013. 04.

47



Videódemonstrációk

2013. 04.



http://reharob.manuf.bme.hu/



http://www.aal-domeo.org/



http://www.evryon.eu/

48



Köszönöm a figyelmet a projektekben közreműködő munkatársaim és hallgatóim nevében is BME:  Dr. Arz Gusztáv  Dr. Stépán Gábor  Dr. Kocsis László  Jurák Mihály  Kovács László  Dárday Vilmos  Varga Zoltán  Varga Péter  Kellős György  Papp József  Gombos Ákos  Lezsák Gergely  Magyar Gábor  Varga Károly  Nyitrai Dávid  Wohlfart Richard  Bojtos Attila  Szakály Norbert 2013. 04.

Bencsik László  Zelei Ambrus  Bauer Márk  Csibrák Tamás  Dános László  Dános Tamás  Gyimóthy Dávid  Bohus Krisztián  Magyar Bálint  Miklós Ákos  Preiner Norbert  Kirschner Dávid  Takács Bálint  Kovács Dénes  Hodosán Zsolt  Nagy Tibor  Horváth Tamás És még sokan mások 

OORI:  Dr. Fehér Miklós  Dr. Fazekas Gábor  Dr. Dénes Zoltán  Stefanik Györgyi  Boros Zsuzsa  Dr. Horváth Mónika  Dr. Zsiga Katalin  Dr. Péter Orsolya  Pilissy Tamás  Gelányi László Támogatók:  Európai Bizottság  Nemzeti Fejlesztési Ügynökség  Nemzeti Innovációs Hivatal

Partnerek: projekt honlapokon 49

Robotok a fogyatékosság csökkentésének szolgálatában

Recommend Documents