การออกแบบหุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายผสานการขับเคลื่อนด้วยล้อเพื่อช่วยเหลือการเดินของมนุษย์

บทคัดย่อ

เพื่อส่งเสริมคุณภาพชีวิตของผู้สูงอายุและผู้ที่มีข้อจากัดในการเคลื่อนไหวร่างกาย หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายผสานการขับเคลื่อนด้วยล้ออาศัยจุดเด่นของรถเข็นคนพิการซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวราบเรียบได้อย่างมีเถียรภาพ ใช้พลังงานต่า โดยหลีกเลี่ยงระบบควบคุมซับซ้อนเพื่อควบคุมจังหวะการก้าวเดิน งานวิจัยได้ศึกษาผลของการขับเคลื่อนล้อซ้าย-ขวา เพื่อควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ในโหมดขับเคลื่อนด้วยล้อ ต้นแบบของหุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายสาหรับอวัยวะส่วนขาถูกออกแบบให้สามารถปรับโครงสร้างเพื่อพยุงผู้ใช้งานให้ลุกขึ้นยืนจากท่านั่ง สามารถพับเก็บโมดูลล้อขับเคลื่อนขนาดเล็กและโมดูลขาเก้าอี้เพื่อเตรียมพร้อมเข้าสู่โหมดการเดินผ่านพื้นผิวขรุขระ ขึ้นลงบันไดและก้าวข้ามสิ่งกีดขวาง งานวิจัยได้เสนอแนวทางการควบคุมมอเตอร์ขับเคลื่อนข้อต่อสะโพกและข้อต่อหัวเข่าเพื่อช่วยเหลือการลุกขึ้นยืนจากท่านั่งอย่างเป็นธรรมชาติ โดยใช้การกาหนดค่าความหนืดของมอเตอร์แล้วแปรผันค่าความเร็วอ้างอิงตามระดับความช่วยเหลือซึ่งรับคาสั่งจากผู้ใช้งาน สาหรับการนั่งลงจากท่ายืนนั้นใช้การกาหนดตาแหน่งสมดุลอ้างอิงในท่ายืนสุดแล้วควบคุมค่าความแข็งเกร็งของมอเตอร์แทน แรงสปริงที่ต้านการทิ้งตัวลงของผู้สวมใส่จะมีขนาดเพิ่มขึ้นตามองศาของข้อต่อจากแนวขาเหยียดตรง เพื่อประเมินศักยภาพในการผ่อนแรงของหุ่นยนต์ต้นแบบ ได้ศึกษาแรงบิดของมอเตอร์ขับเคลื่อนข้อต่อสะโพกและข้อต่อหัวเข่าขณะหุ่นยนต์ช่วยเหลือการลุกขึ้นยืนจากท่านั่งและนั่งลงจากท่ายืน ร่วมกับศึกษาการทางานของกล้ามเนื้อขาของอาสาสมัครร่างกายปกติผ่านสัญญาณไฟฟ้าในกล้ามเนื้อ เพื่อหลีกเลี่ยงการพลัดหงายหลังระหว่างการลุกขึ้นยืนจากท่านั่ง ผู้ใช้งานต้องโน้มลาตัวไปข้างหน้าเพื่อให้จุดศูนย์กลางมวลอยู่ด้านหน้าของตาแหน่งแรงปฏิกิริยาที่เท้ากดพื้นก่อนเริ่มการช่วยเหลือโดยหุ่นยนต์ แม้ว่ามอเตอร์ขับข้อต่อสะโพกจะสามารถสร้างแรงบิดได้เพียงพอโดยที่ผู้สวมใส่ไม่ต้องออกแรงเลย การประยุกต์ใช้แนวคิดตัวขับเคลื่อนแบบยืดหยุ่นแบบขนานหรือการกาหนดระดับการช่วยเหลือการเคลื่อนไหวร่างกายเพียงบางส่วนตามข้อจากัดการออกแรงของผู้ใช้งาน ช่วยให้สามารถเลือกใช้งานมอเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง เพื่อเพิ่มความปลอดภัยต่อผู้ใช้งานและลดอัตราการใช้พลังงานของหุ่นยนต์ได้

คำสำคัญ