Ασύρματος βιομηχανοτρονικός έλεγχος προσθετικού άνω άκρου

Κουκουλάς, Νικόλαος; Koukoulas, Nikolaos

dc.contributor.author	Κουκουλάς, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Koukoulas, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2018-01-22T11:48:52Z
dc.date.available	2018-01-22T11:48:52Z
dc.date.issued	2018-01-22
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46245
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7731
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Ασύρματος έλεγχος	el
dc.subject	Προσθετική	el
dc.subject	Μηχανοτρονική	el
dc.subject	Εκτεταμένη Φυσιολογική Ιδιοδεκτικότητα	en
dc.subject	Bluetooth	en
dc.subject	Mechatronics	en
dc.subject	Prosthetic limbs	en
dc.subject	Extended Physiological Proprioception	en
dc.subject	Wireless
dc.title	Ασύρματος βιομηχανοτρονικός έλεγχος προσθετικού άνω άκρου	el
dc.title	Wireless biomechatronic control of upper limp prosthesis	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Mechatronics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh93001518
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-09-26
heal.abstract	Οι τοπολογίες ελέγχου άνω προσθετικών ακρών αποσκοπούν στην βελτίωση της ζωής των ασθενών μέσω της υποκατάστασης της λειτουργίας των φυσικών άκρων με αισθητικά αποδεκτές και ασφαλείς για την υγεία των ασθενών λύσεις. Με γνώμονα τα κριτήρια αυτά ο έλεγχος Εκτεταμένης Φυσιολογικής Ιδιοδεκτικότητας (Extended Physiological Proprioception, EPP), που παρουσιάζει τον υψηλότερο βαθμό ελέγχου και αποκατάστασης της φυσικής λειτουργίας σε σχέση με τις ανταγωνιστικές τοπολογίες, τείνει να εγκαταλειφθεί καθώς υστερεί σε θέματα υγιεινής και είναι αισθητικά μη αποδεκτός. Η τοπολογία ελέγχου EPP δίνει στον ασθενή την ικανότητα της αίσθησης μέσω των νευρικών υποδοχέων του. Αυτό επιτυγχάνεται με την διασύνδεση καλωδίων μεταξύ των εναπομεινάντων μυών ή τενόντων του ασθενή και του προσθετικού άκρου. Με τον τρόπο αυτό δεν απαιτείται οπτική ανάδραση για τον έλεγχο του προσθετικού άκρου. Η μηχανική διασύνδεση αποτελεί το μεγαλύτερο πλεονέκτημα και ταυτόχρονα μειονέκτημα του ελέγχου EPP. Η ραγδαία ανάπτυξη των ασύρματων τεχνολογιών μας δίνει τη δυνατότητα του επανασχεδιασμού της τοπολογίας Ελέγχου EPP ώστε να διατηρήσουμε το υψηλό επίπεδο ελέγχου απαλείφοντας παράλληλα τα μειονεκτήματα. Η τοπολογία ελέγχου που προτείνεται στη μεταπτυχιακή αυτή εργασία βασίζεται στην προσέγγιση του Βιομηχανοτρονικού Ελέγχου EPP και φιλοδοξεί να επαναφέρει στο προσκήνιο την τοπολογία ελέγχου EPP αντικαθιστώντας τη μηχανική διασύνδεση με ασύρματη. Η τοπολογία Ασυρμάτου Βιομηχανοτρονικού Ελέγχου EPP αποτελείται από δύο Microchips, που επικοινωνούν μεταξύ τους σε μοντέλο Master – Slave κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου επικοινωνίας Bluetooth Low Energy (BLE). Τα δύο Microchips ελέγχουν την Εργαστηριακή πειραματική διάταξη που έχει σχεδιαστεί ειδικά, από πλευράς υλικού (hardware), ώστε να προσομοιάζει το ζεύγος ακρωτηριασμένου-προσθετικού άκρου της τοπολογίας EPP. Η διάταξη αποτελείται από την πλευρά του Master από δύο αισθητήρες δύναμης που προσομοιώνουν τους μύες του ασθενή και δύο Master κινητήρες που προσομοιώνουν την ανάδραση της μηχανικής διασύνδεσης της κλασσικής EPP τοπολογίας. Η δύναμη που ασκείται στους Master αισθητήρες δύναμης μεταφέρεται μέσω BLE από το Master Microchip στο Slave Microchip ως τάση και ενεργοποιεί τον Slave κινητήρα που προσομοιώνει προσθετικό άκρο ενός βαθμού ελευθερίας. Η μετατόπιση του Slave κινητήρα μεταφέρεται μέσω BLE από το Slave Microchip στο Master Microchip. Το Master Microchip ελέγχει τους Master κινητήρες ώστε να ακολουθήσουν την μετατόπιση του Slave κινητήρα, δίνοντας έτσι την αίσθηση φυσικού ελέγχου στον ασθενή. Στα πλαίσια της εργασίας έγινε επιλογή του ασύρματου πρωτοκόλλου και της πλατφόρμας ανάπτυξης λογισμικού με γνώμονα την επίτευξη της προαναφερθείσας λειτουργικότητας και αναπτύχθηκε λογισμικό που υλοποιεί επικοινωνία Master-Slave και προσφέρει την επιθυμητή λειτουργικότητα. Τα πειράματα που διεξήχθησαν σε δοκιμαστική διάταξη για τον έλεγχο της λειτουργικότητας κρίθηκαν επιτυχή. Για την εφαρμογή της τοπολογίας στην Εργαστηριακή διάταξη έγινε αναγνώριση παραμέτρων και μοντελοποίηση, και σχεδιάστηκε PD ελεγκτής. Πειράματα διεξήχθησαν στην Εργαστηριακή διάταξη κατέδειξαν ότι Ασύρματης Βιομηχανοτρονική τοπολογία είναι ικανή να επιτύχει αποτελέσματα αντίστοιχα με της Βιομηχανοτρονικής EPP τοπολογίας.	el
heal.abstract	Control topologies of upper limp prosthesis are focused in improving the life of patients through substitute the functionality of the natural limps with solutions aesthetically acceptable and risk free for the health of the patients. It is due to these standards that Extended Prosthesis Proprioception (EPP), a control topology for upper limp prosthesis superior to its rivals in terms of control, has become deprecated. EPP offers control close to the functionality of the natural limp by allowing the patient to ‘feel’ the prosthesis. This is achieved by mechanically linking with cables the leftover tendons or muscles of the amputated limp with the prosthesis. This way the patient can control the prosthesis without the optical feedback he needs for other control topologies. Unfortunately, the mechanical linkage is also the greatest disadvantage of this topology. It can be achieved only through surgery and the result is both aesthetically unacceptable and a risk for the patients’ health. The rapid growth of wireless technologies gives as the opportunity to redesign the EPP control topology in a way that will maintain the superior control and will eliminate the disadvantages. The control topology we are proposing is based on the Biomechatronic EPP control and aspires to revive the EPP control topology by replacing the mechanical linkage with a wireless one. The Wireless Biomechatronic EPP control topology consists of two Microchips that interact in a Master-Slave communication model by using the Bluetooth Low Energy (BLE) protocol. The two Microchips control the Laboratory Experimental Setup, designed explicitly in terms of hardware to simulate the amputated-prosthesis pair of the EPP approach. The experimental setup from Masters’ side, consists of two force sensors that simulate the muscles of the patient and two Master DC motors that simulate the feedback from the mechanical linkage. The force received form the sensors is transmitted from the Master Microchip through BLE to the Slave Microchip as a voltage that drives the Slave DC motor which simulates a 1-DOF prosthesis. The displacement of the Slave motor is measured and transmitted by the Slave Microchip to the Master Microchip through BLE. In turn the Master Microchip control the Master Motors to follow the displacement of the Slave motor thus giving the sense of natural control to the patient. Inside the scope of this master thesis, the development platforms and wireless technology were selected in order to perform the described functionality. A software was developed to achieve Master-Slave communication through the selected protocol and the described functionality. The first tests of the Wireless EPP control topology in a test setup where conducted with success. In order for tests to take place in the Laboratory Experimental setup, system identification and system modeling where conducted and a PD controller was designed to achieve the desired functionality. The tests in the Laboratory Setup concluded that the Wireless Biomechatronic EPP control topology can achieve results similar to the Biomechatronic EPP control topology.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true