Σύστημα διάδρασης εγκεφάλου-υπολογιστή (brain-computer interface) για χειρισμό ρομποτικού βραχίονα
Creators: name: Μουστάκας, Νικόλαος Απόστολου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα
Ρομποτικός βραχίονας
Κάκωση του νωτιαίου μυελού
Electroencephalography
Robotic Arm
Spinal cord injury

description: Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την ανασχεδίαση του ρομποτικού συστήματος MERCURY ούτως ώστε να δύναται ο χειρισμός του μέσω ασύρματης συσκευής χειρισμού βασισμένη στην διάδραση εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI). Η ανασχεδίαση αποσκοπεί στην διεξαγωγή πειραμάτων χειρισμού από άτομα με κάκωση του νωτιαίου μυελού, συμπεριλαμβανομένων των ατόμων με τετραπληγία. Η πρώτη γενιά του ρομποτικού συστήματος MERCURY αποτελούταν από έναν πλήρως αναλογικό βραχίονα, με 6 βαθμούς ελευθερίας κίνησης και μία αρπάγη. Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε με σκοπό την αντιγραφή των κινήσεων του χειριστή μέσω μιας πρωτότυπης διάταξης χειρισμού ΒΜΙ (Body Machine Interface). Ο ρομποτικός βραχίονας πρώτης γενιάς κατασκευάστηκε σε κλίμακα 2:3 σε σχέση με τον δεξιό ανθρώπινο βραχίονα ατόμου μετρίου αναστήματος. Για τους σκοπούς της παρούσας εργασίας χρειάστηκε μία σειρά σχεδιαστικών παρεμβάσεων στο πρωτότυπο σύστημα MERCURY. Πρώτα απ’ όλα, σχεδιάστηκε ένα ακριβές αντίγραφο του ρομποτικού βραχίονα (σε κατοπτρική αναστροφή) το οποίο να εκτελεί κινήσεις ανάλογες του αριστερού βραχίονα του χειριστή. Έπειτα ανασχεδιάστηκε η αρπάγη σε ανθρωπόμορφη εκδοχή παλάμης με εύκαμπτα δάκτυλα. Σχεδιάστηκαν νέα κυκλώματα ψηφιακού ελέγχου τα οποία προσέθεσαν την δυνατότητα χειρισμού και ελέγξιμης ανάδρασης μέσω υπολογιστή, διατηρώντας ταυτόχρονα την ταχύτητα απόκρισης και τον φυσικό τρόπο κίνησης που χαρακτήριζαν το αναλογικό σύστημα της προηγούμενης γενιάς. Τέλος, σχεδιάστηκε πολυμορφική βάση στερέωσης των ρομποτικών βραχιόνων, έτσι ώστε να μπορούν να τοποθετηθούν οι βραχίονες σε λειτουργική θέση κοντά στους ώμους του χειριστή, με πρόνοια και για χειριστές καθισμένους σε αναπηρικό αμαξίδιο.
description: This paper aims to redesign the MERCURY robotic system so that it can be operated via a wireless BCI control device. The aim of the redesign is to subsequently use the system in order to conduct distal to handling experimentations by people with spinal cord injury, including patients with quadriplegia. The first version of the MERCURY robotic system was using exclusively analogue control systems for the arm and was capable of movement along 6 degrees of freedom plus an extra degree for the gripper. It also accepted control input from a novel, analogue BMI (Body Machine Interface) control device worn by the human operator on their arm. The robotic arm was constructed at a scale of 2:3, slightly smaller than the right human arm of a person of medium stature. For the purpose of this thesis several design modifications had to be applied to the original MERCURY system. First of all, an exact mirrored copy of the robotic arm had to be designed and constructed to execute the movements of the operator's left arm. Secondly, the gripper was redesigned as an anthropomorphic version of a human hand with articulated fingers. Furthermore, new digital control circuitry was designed to enable the handling and supervision of the robotic arm via computer control, while maintaining the reaction speed and fluid, natural motion of the earlier generation analogue system. Finally, an adjustable mounting base for the robotic arms was designed so that they could be placed near an operator’s real arms, bearing in mind that the operator may be sitting in a wheelchair.