การออกแบบและพัฒนาชุดโครงหุ่นยนต์ช่วยเดินสำหรับ ผู้ทุพพลภาพครึ่งท่อนล่าง

Abstract

ชุดต้นแบบโครงหุ่นยนต์ช่วยเดินสำหรับผู้ทุพพลภาพครึ่งท่อนล่าง วัตถุประสงค์หลักได้ออกแบบสำหรับผู้ที่ไร้ความรู้สึกครึ่งท่อนล่าง ให้สามารถเคลื่อนที่ได้ตามรูปแบบการเคลื่อนไหวที่ได้บันทึกไว้จากคนปกติ ประกอบไปด้วยระบบควบคุมสามฟังก์ชั่นการทำงานคือ การลุกนั่งในลักษณะท่าทางนั่งบนเก้าอี้ การก้าวเดินในลักษณะท่าทางการยืน และการเดินในลักษณะการเดินต่อเนื่องสามารถสั่งการด้วยสวิทช์จากไม้เท้าค่ำยัน โดยชุดหุ่นยนต์มีน้ำหนักประมาณ 25 กิโลกรัม ปฏิบัติงานได้ไม่ต่ากว่า 180 นาที สามารถรองรับผู้สวมใส่น้ำหนักไม่เกิน 90 กิโลกรัม ส่วนสูง 150-180 เซนติเมตร ความเร็วสูงสุดเฉลี่ยไม่เกิน 0.25 เมตรต่อวินาที ภายใต้ระบบควบคุมสมองกลฝังตัวแบบแยกส่วนแบ่งเป็นตัวประมวลผลหลัก สำหรับประมวลผลรูปแบบการเดิน (Gait pattern) และตัวประมวลผลรองจานวน 4 ชุด สาหรับควบคุมส่วนสะโพกและข้อเข่าทั้งสองข้าง โดยระบบควบคุมตาแหน่งองศาของการเคลื่อนที่ ด้วยตัวควบคุมพีไอดี โดยระบบสื่อสารข้อมูลระหว่างตัวประมวลทั้งหมดผ่านการสื่อสารแบบ RS485 ในการทดลองทำการอ่านข้อมูลตำแหน่งการเคลื่อนไหวจากคนปกติ (เพศชาย สูง173 เซนติเมตร น้ำหนัก 73 กิโลกรัม) มีระยะการก้าวเดินเฉลี่ย 25 เซนติเมตรต่อการก้าวเดิน ความเร็วเฉลี่ย 0.15 เมตรต่อวินาที โดยระบบควบคุมหลักประมวลผลตำแหน่งการเคลื่อนไหวและส่งข้อมูล ตำแหน่งไปยังตัวควบคุมย่อย ให้ควบคุมตำแหน่งองศาการเคลื่อนที่ของส่วนสะโพกและข้อเข่า โดยสามารถควบคุมการตำแหน่งได้ตรงตามต้องการ ซึ่งมีค่าองศาผิดพลาดของตำแหน่งส่วนของสะโพกเฉลี่ยเท่ากับ 8 องศา และค่าองศาผิดพลาดของตำแหน่งส่วนของสะโพกเฉลี่ยเท่ากับ 12 องศา The prototype of an exoskeleton robot for lower limb assistance is developed for serving who is paralysis lower limb or muscle weak that assist to step walk and sit up/down. The author is called WAR (Walking Assist Robot). In this research, the gaitpattern data is archived from the gait normal by human. Three function of step walk are proposed in this research. First, sit up/down function with sit on chair, second, step walk with single phase walking, third, walk pattern with continue walking that function can operate to control by the switch button on the cane. The WAR specification is weight about 25 kg. and the life time of robot operation at least 180 min. It can support the user which is maximum weight 90 kg. and height in range of 150 cm. to 180 cm.The maximum velocity is 0.25 m/sec. The embedded system is applied in order to control with a master controller and four slave controllers, the angle position of gait pattern is computed by a master controller and the slave controller is computed to control the position of hip joint and knee joint of both legs. The data communication between them is performed by using RS485 serial communication. In the experiment,the motion recording from a gait normal person (Male, height 173 cm. weight 73 kg.) is obtained the average distance of step walking is 0.25 meter per a single phase the average velocity is 0.15 m/sec. The distributed control, the PID control is performed to control the position of angle for each joint. As the results, it can achieved to control the position of angle for hip joint and knee joint. The average of position error is 8 degree at hip joint and 12 degree at knee joint.