Virtual reality platform model and design in an enabled environment

par Nico Steyn

Thèse de doctorat en Robotique

Sous la direction de Eric Monacelli et de Yskandar Hamam.

Soutenue en 2013

à Versailles-St Quentin en Yvelines .

  • Titre traduit

    Modélisation et développement d'une plateforme de réalité virtuelle pour personne à mobilité réduite


  • Résumé

    Cette étude concerne le développement d’une plateforme réalité virtuelle d’une aide à la mobilité à différentiel, à savoir les fauteuils roulants manuels ou électriques à utilisation à fins multiples dans un environnement effectif. La plateforme avec fauteuil roulant est stationnaire avec commandes d’actionnement longitudinales et latérales pour un nombre d’utilisations possibles, telles que : simulations de propulsion du fauteuil roulant manuel ou électrique, entraînement pour s’habituer au fauteuil roulant, recherche sur la technologie d’assistance, planification de l’architecture des parcours et l’évaluation sur l’accessibilité. L'actionnement différentiel de l’aide à la mobilité employé par les utilisateurs inexpérimentés peut être considérablement facilité grâce à cette méthode d'apprentissage au mouvement à l’aide de cette plateforme. L’utilisation d’une plateforme de simulation de mobilité développée sera encore avantageuse à ceux souffrant d’incapacités fonctionnelles utilisant des aides à la mobilité sur roues et qui ont besoin d’un ergothérapeute et de l’évaluation de leur condition. Les recherches sur le facteur de mobilité seront avantageuses dans la conception ergonomique des structures architecturales pour les utilisateurs liés au fauteuil roulant. La plateforme est une conception mécatronique comprenant à la fois des caractéristiques mécaniques et électriques. Les composants mécaniques comportent des tambours entraînés par le fauteuil roulant et l’utilisateur assis sur la plateforme, dont les données enregistrées sur la rotation des roues comportent une importance majeure. La plate-forme est reliée à des actionneurs en but de simuler les mouvements angulaires du fauteuil roulant, rapprochant une pente ou une contre-pente d’une trajectoire déterminée. Le simulateur doit mapper la motion prévue par l’utilisateur du fauteuil roulant électrique au monde virtuel, tenant compte des facteurs comme : des collisions, changements de gradient et diverses propriétés de la surface. Les données audio, la détection des mouvements et la force de rétroaction produites dans un simulateur de mobilité virtuelle permettent aux utilisateurs de détecter une stimulation sensorielle au son, à la motion et à l’équilibre. La conception achèvera finalement l’unité entre la plateforme mécanique, le fauteuil roulant en fournissant à l’utilisateur les données cinématiques et dynamiques essentielles dans un environnement simulé de réalité virtuelle


  • Résumé

    This research concerns the development of a virtual reality platform for a differential drive mobility aid in manual or electric wheelchairs with multipurpose usage in an enabled environment. The platform for the mobility aid is stationary, with pitch and roll actuated actions for possible different uses such as: manual or electric wheelchair driving simulations, wheelchair training, assistive technology research, architectural route planning and accessibility evaluation. By means of the platform, the differential drive mobility aid, is greatly able to assist inexperienced users in this method of mobility training. The use of the developed mobility simulation platform is additionally of benefit to disabled wheeled mobility users in need of occupational therapist training and evaluation. The investigation into the mobility factor will moreover be of further benefit in the area of the ergonomic designs of architectural structures for wheelchair-bound users. The platform is a mechatronic design with both mechanical and electrical properties. The mechanical components consist of drums, driven by the wheelchair and its user when placed on the platform, where acquired data of the rotation of the wheelchair’s wheels are of importance. The platform is connected to actuators for simulating angular movements of the wheelchair approaching an inclining or declining given path. The simulator necessarily maps intended motion by an electric wheelchair user into the virtual world, taking into consideration influences such as collisions, gradient changes and different surface properties. Audio, motion and force feedback produced on the virtual mobility simulator give the users a sensory stimulus input with regard to sound, movement and balance. Ultimately, the design forms a unity, comprising a mechanical platform, the wheelchair and the enabled user, with the relevant kinematics and dynamics controlled in a simulated virtual reality environment.

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