Este documento describe el desarrollo del robot Handy 1, diseñado para ayudar a personas con discapacidades severas con tareas cotidianas como comer y lavarse. El Handy 1 ha pasado por continuas mejoras desde su creación en 1987, incluyendo una interfaz de usuario mejorada y módulos intercambiables para diferentes tareas. Estudios han demostrado que las mejoras como un plato dividido en secciones mejoran significativamente la habilidad del robot para alimentar a usuarios. El sistema sigue expandiéndose para brindar más apoyo

1. Diario de sistemas inteligentes y robóticos 34: 253–263, 2002. 253
© 2002 Kluwer Academic Publishers. Impreso en los Países Bajos.
Una Visión General del Desarrollo de Handy 1,
un Robot de Rehabilitación para Ayudar a los
Discapacitados Severamente
MIKE TOPPING
Centro de Robótica de Rehabilitación, Universidad de Staffordshire, Escuela de Arte y Diseño,
College Road, Stoke-on-Trent, Staffordshire, ST4 2XN, Reino Unido
Resumen. El Handy 1 fue desarrollado en 1987 por Mike Topping para ayudar a un niño de 11
años con Parálisis cerebral para comer sin ayuda. El sistema es el más exitoso a bajo costo,
disponible comercialmente. Sistema robótico en el mundo hoy en día [10] capaz de ayudar a los
discapacitados más severos con varios Funciones cotidianas como comer, beber, lavarse,
limpiarse los dientes, afeitarse y aplicarse maquillaje. catión. Este documento trazará el desarrollo
del sistema, dará una visión general de algunas Handy 1 estudia y también analizará el desarrollo
de RAIL (Robotic Aid to Independent Sistema Living) financiado por el programa BIOMED II
de la Comisión Europea.
1. Introducción
A lo largo de la Comunidad Europea actual, la demanda de robots de servicio tales como
Handy 1, está aumentando, debido a las cambiantes estructuras de edad. Actualmente
alrededor del 10-14% de la población está formada por personas con necesidades
especiales, a las que atienden siempre Menos personas sanas.
El Handy 1 ha sufrido un programa de desarrollo continuo y ahora Asiste a más de
200 personas en todo el mundo.
El Handy 1 ha incluido la novedosa combinación de varias características: usuario
Diseño centrado, basado en la adopción y desarrollo de tecnologías existentes de bajo
costo, que atiende las necesidades no respondidas previamente de una población excluida,
potenciándolas para participar activamente en su propio apoyo.
El enfoque de diseño centrado en el usuario reconoció que proporcionar a los
usuarios Las necesidades implicadas van más allá de los requisitos técnicos. Se estableció
que La apariencia y la conveniencia del usuario eran igualmente importantes. De manera
similar el valor de una ayuda robótica que podría usarse para aliviar el aburrimiento,
entretener, desarrollar la confianza y moral manteniendo su apariencia a través del lavado
y cosmética. Aplicación, así como la reducción de la demanda de los cuidadores. Gran
parte del éxito de la El sistema se puede atribuir a su facilidad de uso, que requiere solo
un ligero toque de la Usuario para operar el sistema [2].
La primera versión del sistema Handy 1 consistía en un brazo robótico Cyber 310
Con cinco grados de libertad más una pinza. Se utilizó un microordenador de la BBC para

2. 254 M.TOPPING
Figura 1. La primera versión con Handy 1.
programar los movimientos para el sistema y un teclado de concepto fue utilizado como
La interfaz hombre-máquina [4, 5].
El primer prototipo se completó en tres meses y se colocó para pruebas en los chicos
a casa El sistema funcionó con éxito y fue gustado por el usuario, sin embargo se notaron
algunas debilidades de diseño:
• El prototipo Handy 1 era voluminoso y no se podía transportar fácilmente de una
habitación a otra. por lo tanto, no es práctico para el niño comer normalmente con
su familia en el comedor.
• Aunque es fácil de operar para el usuario, el robot requiere una cantidad excesiva
esfuerzo por parte del cuidador para configurarlo, normalmente esto incluía la
carga de software en la computadora que tomaría alrededor de tres minutos para
completar.
• Aunque es muy adecuado para el niño con parálisis cerebral, la clave expandida
La interfaz del tablero se consideró inadecuada para otras discapacidades más
extrañas. Grupos como la neurona motora y la esclerosis múltiple.
La interfaz sensible a la presión era adecuada para alguien con parálisis cerebral, pero
no habría trabajado con éxito con los grupos de discapacidad menos destructivos.
En 1989 se comenzó a trabajar en el desarrollo de un Mk2 Handy 1. El
microprocesador BBC, el controlador fue reemplazado por una placa madre PC386 más
potente, que fue alojado integralmente dentro de la unidad base del Handy 1. El
importante tema de desarrollar una interfaz de usuario capaz de satisfacer las necesidades
de una amplia variedad de Los grupos de personas con discapacidad se resolvieron
mediante la implementación de una sola entrada de interruptor. Se utiliza junto con un
sistema de control de escaneo lineal. Esta combinación la tiene ya que se ha demostrado
ser exitoso en los últimos 10 años, permitiendo a muchas discapacidades de diferentes
grupos acceso con éxito al uso del Handy 1. Las discapacidades de las personas que usan

3. DESARROLLO DE HANDY 1 255
Handy 1 incluye parálisis cerebral, enfermedad de las neuronas motoras, esclerosis
múltiple, accidente cerebrovascular, ancianos y personas involucradas en accidentes.
2. Handy 1 Hoy
El Handy 1 ha incluido la novedosa combinación de varias características: centrada en el
usuario diseño, basado en la adopción y desarrollo de tecnología existente de bajo costo,
atender las necesidades previamente sin respuesta de una población excluida,
empoderando a que participen activamente en su propio apoyo.
El enfoque de diseño centrado en el usuario ha reconocido que la provisión de las
necesidades del usuario implican ir más allá de los requisitos técnicos. Se ha establecido
esa apariencia y la conveniencia del usuario eran igualmente importantes. En una manera
similar el valor de una ayuda robótica que podría usarse para aliviar el aburrimiento,
entretener, desarrollar confianza y moral manteniendo su apariencia a través del lavado y
la aplicación cosmética, así como la reducción de la demanda de los cuidadores.
Gran parte del éxito del sistema puede atribuirse a su facilidad de uso, que requiere
solo un ligero toque del usuario para operar el sistema [2].
2.1. CONTROL DE USUARIO DEL SISTEMA DE COMIDA Y BEBIDA HANDY 1
Un sistema de escaneo de luces diseñado en la sección de la bandeja del Handy 1 (Figura
2) permite al usuario seleccionar alimentos de cualquier parte del plato. Brevemente, una
vez que el sistema está alimentado y la comida ha sido dispuesta en las columnas
amuralladas del plato de comida, una serie de siete luces comienza a escanear de izquierda
a derecha detrás del plato de comida. El usuario (persona discapacitada) luego solamente
espera a que la luz se esconda detrás de la columna de la comida que él/ella quiere
Figura 2.

4. 256 M.TOPPING
Figura 3. Handy 1 bandeja de comida
Figura 4. Práctico accesorio de 1 taza.
para comer, y luego presiona el único interruptor que pone el Handy 1 en
movimiento. Los el robot luego procede a la sección seleccionada del plato y recoge una
cucharada de la comida elegida y la presenta en la posición de boca del usuario. El usuario
puede entonces retire la comida a su propia velocidad y vuelva a presionar el interruptor
único, el proceso puede repetirse hasta que el plato esté vacío. La computadora a bordo
mantiene rastrear dónde se ha seleccionado la comida del plato y controla
automáticamente al sistema de escaneo para eludir áreas vacías. Usando una octava luz,
que está diseñada en la bandeja, los usuarios pueden acceder a una bebida en cualquier
momento durante la comida [4].
El plato de comida original en Handy 1 era rectangular y estaba hecho de vidrio. Esta
facilitó un rendimiento de excavación razonable pero sin tener divisiones internas de
alimentos. Las paredes dificultaban la recolección de algunos tipos de alimentos,
especialmente alimentos secos como la arena. Queso y galletas. El robot luchó para
recoger constantemente como era la comida muy a menudo empujado hacia la izquierda
o hacia la derecha de la cuchara, lo que dio como resultado que la cuchara fuera fracasado.

5. DESARROLLO DE HANDY 1 257
2.2. ESTUDIO PARA COMPARAR EL RENDIMIENTO DE SCOOPING DEL PLATO
DE VIDRIO CONTRA EL NUEVO PLATO DE PARED
Se llevó a cabo un estudio para comparar el rendimiento de pala del plato de vidrio.
contra el nuevo plato amurallado utilizando una amplia variedad de diferentes tipos de
alimentos. Ahí se utilizaron 22 alimentos en el estudio, seleccionados de 5 grupos,
'verduras', 'comidas', 'Postres', 'comida chatarra' y 'frutas'. Varios de estos alimentos
(incluyendo, por ejemplo, guisantes, sándwiches y papas fritas) fueron considerados
como casi “imposibles” para la cuchara para recoger del plato de vidrio [9].
Todos los diferentes alimentos se probaron individualmente y los alimentos frescos
se usaron para cada juicio Hubo 12 ensayos para cada tipo de alimento y al inicio de cada
en el ensayo, la comida seleccionada se colocó en el plato y el peso se registró usando
balanzas digitales Esto fue para asegurar que para cada prueba el mismo volumen de
alimentos se colocó en el plato, asegurando así que las grabaciones del peso de precisa[9].
2.3. OBSERVACIONES
Los resultados anteriores muestran de manera concluyente que el Handy 1 se desempeñó
mejor con alimentos de todos los tipos cuando se utiliza junto con el nuevo plato
amurallado. Además, se concluyó. que no hay un tipo particular de alimento que funcione
significativamente mejor o peor que cualquier otro.
Una gran mejora se puede notar entre los platos al mirar el resultados de alimentos
como los guisantes, donde la tasa de recolección exitosa aumentó de 34% en el antiguo
plato de vidrio al 73% en el nuevo plato amurallado [9].
2.4. TIPOS DE ALIMENTOS
Se hizo evidente durante el estudio que la colocación de los alimentos en el plato en gran
medida afectó el rendimiento de la cuchara para recoger la comida. Se notó que los chips.
debe cortarse para que quepa en las columnas de recogida y debe colocarse a lo
ancho. Los la cuchara funcionó bien si los fideos fueran cortados a una longitud del ancho
de la cuchara, para evitar que se caigan de la cuchara. Este método también se aplicaría a
los espaguetis. También se descubrió que la tasa de recogida de alimentos inadecuados
puede mejorarse
Si se combinan con otros alimentos más adecuados. Por ejemplo, frijoles al horno.
Como comida individual, logró una tasa de éxito del 71% en el plato amurallado. Sin
embargo, cuando se combina con la tostada (que proporciona una base sólida), la tasa de
éxito aumentó al 84%.
La introducción del plato amurallado produjo una mejora dramática a la el excelente
rendimiento de Handy 1 permitió muchos alimentos que antes eran se pensó imposible
que el robot pudiera ser manejado con éxito [9].

6. 258 M.TOPPING
Figura 5. Una comida en la bandeja de Handy 1.
2.5. ADJUNTOS ADICIONALES
El Handy 1 es un sistema modular y se extiende continuamente para agregar nuevos
módulos. Con diferentes funciones. De esta manera, la función original de comer y beber
tiene se ha complementado con otras funciones de autocuidado. Las actividades fueron
elegidas como un resultado de cuestionarios entregados a diversos grupos de personas
con discapacidad y mediante discusiones. con los usuarios de Handy 1 para determinar
qué actividades les gustaría que Handy 1 realizar [2].
3. Desarrollo de Secciones Modulares de Bandeja Intercambiable para
comer, lavado, afeitado, limpieza dental y aplicación cosmética.
En 1995 se inició el proyecto RAIL (Ayuda robótica a la vida independiente) financiado
por el Programa de la Comisión Europea BIOMED II. El objetivo del proyecto fue
desarrollar tres secciones de bandeja deslizables desmontables (comer / beber, lavar /
afeitarse / dientes) limpieza, y aplicación cosmética) para el sistema Handy 1 que podría
ser se aplica de acuerdo con los requisitos de los usuarios [7].
La disposición actual de accesorios de bandejas para comer y beber necesitaba
modificaciones para permitir módulos intercambiables para el lavado, afeitado, limpieza
de dientes, así como la alimentación y la bebida existentes que se incorporarán, facilitando
así la una mayor variedad de tareas a realizar por el usuario discapacitado.
Las especificaciones fueron producidas para los archivos adjuntos, que toman la
forma de tres bandejas deslizables desmontables. Cada bandeja es de un diseño
estéticamente agradable que es ergonómico, higiénico y robusto en su
construcción. Bandeja 1 combina la comida y función de beber, bandeja 2 las
funciones de limpieza, afeitado y lavado de dientes, se incorpora un secador de
aire caliente en el diseño, la bandeja 3 facilita el maquillaje. Opción, que permite
a las mujeres aplicar una gama de cosméticos que incluyen: colorete, barra de labios,
DESARROLLO DE HANDY 1 259

7. Sombra de ojos y base. Un simple módulo de control LED combinado con un solo la
entrada del interruptor está incorporada en los tres diseños de bandejas. Para satisfacer la
sofisticación adicional del diseño, un nuevo controlador para él se produjo Handy 1 que
se basó en la tecnología PC104. Con el fin de en-seguro de que el diseño podría
actualizarse fácilmente para futuros desarrollos de una forma única la tarjeta de entrada /
salida fue diseñada para insertarse en el controlador PC 104. La entrada / salida el diseño
de tableros incorpora capacidades para el reconocimiento de voz, síntesis de voz, entradas
para sensores, control de joystick y controladores de motores paso a paso [1].
Las secciones modulares de bandeja intercambiables fueron diseñadas para apoyarse
en corredores unido al Handy 1 y conéctelo eléctricamente a través de un robusto conector
de dieciséis pines integrado integralmente en la unidad base Handy 1. Usando este
principio ahora es posible para que el sistema reconozca la presencia o ausencia de hasta
quince bandejas diferentes. La retroalimentación a través de potenciómetros construidos
las uniones del Handy 1 también se incorpora a habilitar las referencias automáticas en el
inicio, también es una simple rutina de comprobación de errores integrado en la solución
[1, 6, 3].
Handy 1 ha sido equipado con capacidades de voz, que se utilizarán para ofrecer
información útil para los trabajadores y usuarios de la asistencia en forma de operaciones
simples instrucciones adicionales o indicaciones disponibles en cualquier idioma
europeo. Esta facilidad mejorará en gran medida la facilidad de uso del Handy 1 y ayudará
a descomponer barreras lingüísticas [3]. El sencillo interruptor / escaneado para comer y
beber. el principio de control de la luz se mantiene en las tres secciones de la bandeja.
3.1. CARACTERÍSTICAS DE LA BANDEJA DE COMER Y BEBER
La bandeja para comer y beber se basa en el diseño del Handy 1 original, sin embargo,
las características adicionales incluyen referencias automáticas en el encendido,
posicional retroalimentación, corrección de errores durante el funcionamiento e
indicaciones de voz útiles para los usuarios y cuidadores.
3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA lavado / SHAVING bandeja de limpieza / DIENTES
El sistema permite a los usuarios recoger una esponja, moverla a un recipiente con agua,
exprimirla, aplique jabón en una esponja y colóquelo en la posición de la cara. Después
Figura 6. Bandeja de alimentación desmontable.

8. 260 M.TOPPING
Figura 7. Bandeja de lavado, afeitado y limpieza de dientes.
Figura 8. Bandeja de maquillaje.
el usuario se ha lavado la cara, están disponibles las opciones de enjuague con agua y
secado con aire caliente para completar la tarea [3]. También se integra integralmente en
la sección de la bandeja es un eléctrico afeitadora y cepillo de dientes y una copa para
beber para enjuagar la boca. Todos estos artículos se puede recoger y utilizar en cualquier
orden y la afeitadora y el cepillo de dientes pueden ser simples controlado y posicionado
en varias partes de la cara o boca, permitiendo el afeitado o la higiene dental debe
realizarse de manera eficiente [6, 3].
3.3. CARACTERÍSTICAS DE LA BANDEJA DE APLICACIÓN COSMÉTICA
Las mujeres pueden elegir entre una amplia gama de cosméticos, incluido el colorete,
fundación, sombras de ojos y lápices labiales. Brevemente el sistema funciona de la
siguiente manera: cuando el Handy 1 enciende una serie de luces adyacentes a cada uno
de los tipos de cosméticos comienzan a escanear, uno tras otro, el concepto es que cuando
la luz está encendida adyacente para el cosmético que se requiere, el usuario simplemente
activa el interruptor único. En este apunte el Handy 1 selecciona el pincel o aplicador
correcto y aplica el correcto cantidad de colorete, base, lápiz labial, sombra de ojos, etc.
Una vez que el maquillaje haya aplicado al aplicador, se coloca en la posición de la cara
adecuada donde ul usuario puede aplicar el maquillaje [8].

9. DESARROLLO DE HANDY 1 261
4. Actividades de Ocio
Basado en un estudio de cuestionario realizado en una Asociación de Enfermedades de
En la Asamblea General Anual, actualmente estamos desarrollando una gama de
actividades de ocio aplicaciones
Descubrimos que muchas de las personas discapacitadas entrevistadas pasaron varias
horas cada día en un estado intelectualmente inactivo, a menudo se deja ver la televisión
durante mucho tiempo períodos en que los cuidadores se ocupan de otras tareas
importantes, como la limpieza y la silbido. El estudio destacó de manera concluyente la
actual falta de ocio adecuado. Tipo de soluciones para personas con discapacidad.
Como resultado, se produjo un prototipo 'Artbox' que es compacto y fácil para
operar. El prototipo fue montado en un soporte ajustable para facilitar su uso con niños o
adultos sentados en sillas de diferentes alturas [8].
Brevemente, el sistema se puede describir como sigue: alrededor de una forma
convencional paleta de artistas se colocaron ocho rotuladores de diferentes colores que
fueron alojados en soportes especiales (figura 6). Se colocó un LED junto a cada soporte
para facilita cualquier pluma de color siendo elegida y recogida. En cada uno de los cuatro
bordes del papel de dibujo se colocó un LED para permitir el control direccional de los
bolígrafos una vez que estuvieron en posición sobre el papel. También en el palet había
tres otros LED etiquetados como 'arriba', 'abajo' y 'nueva pluma'. Su función cuando se
selecciona era bajar y levantar la pluma del papel de dibujo y habilitar un nuevo color
pluma para ser elegido. Los usuarios pudieron dibujar activando el interruptor único
cuando el LED adyacente al color de la pluma que deseaban elegir estaba encendido [3].
El prototipo 'Artbox' fue probado en escuelas para niños con discapacidades físicas y
proporcionó un medio agradable pero poderoso para niños con necesidades especiales
para adquirir y consolidar sus habilidades de conciencia tridimensional y espacial. Como
parte de su educación, se anima a los niños con cuerpo capaz desde una edad temprana a
desarrollarse. y ejercen sus habilidades de juzgar a distancia, creación y conciencia
espacial. Debido a sus discapacidades físicas, los niños con necesidades especiales a
menudo no reciben este mismo nivel de oportunidad.
El Artbox fue probado durante un período de un mes con tres niños con problemas
cerebrales parálisis.
Durante esta fase se observó a los niños para determinar si:
• fueron capaces de operar el interruptor único con eficacia,
• fueron capaces de entender el sistema de control de escaneo,
• eran intelectualmente capaces de usar el Artbox,
• Disfruté usando el Artbox.
Durante el período de evaluación de la Handy Artbox, una serie de hojas de trabajo
fueron desarrollado. Comenzaron con ejercicios muy básicos como el dibujo entre dos.
líneas para que los niños puedan familiarizarse con la gama de robots del movimientos,
pasando a hojas de ejercicios más difíciles que contienen ejercicios. como completar
laberintos.

10. 262 M.TOPPING
Figura 9. Un niño pequeño usando el pre-prototipo de Artbox.
Las hojas de trabajo estaban destinadas a estimular el interés en el robot, cada una
proporcionada un ejercicio o reto diferente a lograr. Los ejercicios no implicaron
manipulación complicada del interruptor único, pero sólo una comprensión de solo
control del interruptor.
Las hojas fueron diseñadas para permitir la práctica en los siguientes conceptos:
• unir líneas y formas,
• emparejamiento,
• reconocimiento de color,
• reconocimiento de palabras,
• sumas básicas,
• laberintos,
• Dirección y conciencia espacial.
Las hojas fueron diseñadas para fomentar el pensamiento independiente, la
creatividad, la decisión para dar libertad de elección y ayudar a mejorar las habilidades
motoras y la conciencia espacial con el fin de lograr su objetivo, que podría estar llegando
al final de un laberinto o uniendo un número a un objeto en particular, los niños
necesitarían desarrollar sus habilidades de dirección, distancia, juicio y espacio.
5. Conclusiones generales del estudio de Artbox
El Handy Artbox ofrece un medio poderoso pero agradable para niños con especial
necesidad de ganar y consolidar sus habilidades de conciencia espacial y tridimensional,
para niños que necesitan controlar sillas de ruedas para obtener independencia dentro de
sus entornos, estas son habilidades importantes para practicar y dominar en una
temprana edad.
Es importante destacar que el Handy Artbox permitió que los niños dibujaran
directamente en el papel, por lo tanto, ayudo mucho a desarrollar el juicio y mejorar su

11. DESARROLLO DE HANDY 1 263
Conciencia tridimensional. En general hubo un alto nivel de usuario y profesor
satisfacción con el Artbox y se llegó a la conclusión de que el sistema podría tener el
potencial de ser una ayuda educativa útil para niños con discapacidades graves [8].
6. Conclusión
La necesidad de un sistema como Handy 1 aumenta cada día. El cambio la estructura de
edad en Europa significa que un mayor número de personas con necesidades especiales
están siendo atendidos por personas cada vez menos capaces. La simplicidad y multi-
funcionalidad de Handy 1 ha aumentado su atractivo para todos los grupos de
discapacitados y También sus cuidadores [2]. Con el éxito y desarrollo de Handy 1 hasta
la fecha, Confiamos en que el sistema continuará progresando y ayudará a un mayor
número de personas con discapacidad severa.
Referencias
1. Heck, H., Buhler, C., Hedenborn, P., Bolmsjo, G., and Topping, M.: User requirements analysis
and technical development of a robotic aid to independent living (RAIL), in: 4th European
Conf. on Engineering and Medicine Bridging Eat and West,Warsaw, Poland, 25–27 May 1997,
Pre-Conference Advanced Courses, 24 May 1997.
2. Smith, J. and Topping, M. J.: Study to determine the main factors leading to the overall success
of the Handy 1 robotic system, in: ICORR’97 Internat. Conf. on Rehabilitation Robotics,
Hosted by the Bath Institute of Medical Engineering, Bath University, 1997, pp. 147–150.
3. Topping, M.: Development of RAIL (Robotic Aid to Independent Living), in: IX World
Congress of the International Society for Prosthetics and Orthotics, 28 June–3 July 1998,
Amsterdam.
4. Topping, M. J.: The Development of Handy 1, a Robotic aid to independence for the severely
disabled, in: Conference Proceedings, University of Dundee, 17th May 1995, pp. 2/1–2/6.
5. Topping, M. J.: Handy 1 – A Robotic Aid to Independence for the Severely Disabled, Published
in the Institution of Mechanical Engineers, 19th June 1996.
6. Topping, M., Heck, H., Bolmsjo, G., and Weightman, D.: The Development of RAIL (Robotic
Aid to Independent Living), in: 3rd TIDE Congress, 23–25 June 1998, Marina Congress Centre,
Helsinki, Finland.
7. Topping, M. J., Helmut, H., and Bolmsjo, G.: An overview of the BIOMED 2 R.A.I.L. (Robotic
Aid to Independent Living) project, in: ICORR’97 Internat. Conf. on Rehabilitation Robotics,
14–15 April 1997, pp. 23–26.
8. Topping, M. J. and Smith, J.: Case study of the introduction of a robotic aid to drawing into a
school for physically handicapped children, J. Occupational Therapy 59(12), 565–569.
9. Topping, M. J., Smith, J., and Makin, J.: A study to compare the food scooping performance of
the ‘Handy 1’ Robotic aid to eating, using two different dish designs, in: Proc. of the IMACS
Internat. Conf. on Computational Engineering in Systems Applications, CESA 96, Lille, France,
2–9 July 1996.
10. Weir, R. F. and Childress, D. S.: Encyclopaedia of Applied Physics, Vol. 15, 1996.