Μία βιο-μηχανοτρονική ΕΡΡ τοπολογία ελέγχου άνω προσθετικού άκρου και η πειραματική σύγκριση της απόδοσής της με άλλες τοπολογίες ελέγχου

Κοντογιαννόπουλος, Σπυρίδων; Kontogiannopoulos, Spyridon

dc.contributor.author	Κοντογιαννόπουλος, Σπυρίδων	el
dc.contributor.author	Kontogiannopoulos, Spyridon	en
dc.date.accessioned	2018-11-16T08:51:36Z
dc.date.available	2018-11-16T08:51:36Z
dc.date.issued	2018-11-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48015
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15695
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τεχνητά μέλη	el
dc.subject	Artificial limbs	en
dc.subject	Προσθετικά άνω άκρων	el
dc.subject	Εκτεταμένη Φυσιολογική Ιδιοδεκτικότητα	el
dc.subject	Νόμος του Fitts	el
dc.subject	Πειραματική σύγκριση	el
dc.subject	Upper-Limb Prosthetics	en
dc.subject	Extended Physiological Proprioception	en
dc.subject	Fitts’ law	en
dc.subject	Experimental comparison	en
dc.title	Μία βιο-μηχανοτρονική ΕΡΡ τοπολογία ελέγχου άνω προσθετικού άκρου και η πειραματική σύγκριση της απόδοσής της με άλλες τοπολογίες ελέγχου	el
dc.title	A biomechatronic EPP upper-limb prosthesis and its performance comparison to other control topologies	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοϊατρική μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/e21d30fc29c7c38310b1b9c23590a18fd030f6f2
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-29
heal.abstract	Η τεχνολογία των προσθετικών άνω άκρων έχει αλλάξει άρδην τα τελευταία χρόνια. Οι διαθέσιμες συσκευές και αυτές που είναι υπό εξέλιξη προσεγγίζουν όλο και περισσότερο την λειτουργικότητα του ακρωτηριασμένου άκρου. Παρ’ όλα αυτά, λόγω έλλειψης ανάδρασης της κατάστασής τους, αποτυγχάνουν να ενεργοποιήσουν την ιδιοδεκτική αισθητικότητα του ακρωτηριασμένου. Τα σημερινά εξωτερικά τροφοδοτούμενα προσθετικά συστήματα άνω άκρων είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν, λόγω έλλειψης αισθητικής ανατροφοδότησης. Επίσης, τα Νευροπροσθετικά, που έχουν αναπτυχθεί τελευταία για άτομα με ακρωτηριασμό άνω άκρου, είναι περίπλοκα, μεγάλου κόστους και σε πρώιμο στάδιο. Η Εκτεταμένη Φυσιολογική Ιδιοδεκτικότητα (Extended Physiological Proprioception-ΕΡΡ) έχει αποδειχθεί η καλύτερη μεθοδολογία ελέγχου προσθετικών, αφού προσφέρει την δυνατότητα ασυναίσθητου ελέγχου θέσης του άκρου, καθώς τα σήματα ανάδρασης που παρέχει στον ακρωτηριασμένο, ενεργοποιούν την ιδιοδεκτική του αισθητικότητα. Στα μειονεκτήματα, η απευθείας μηχανική σύνδεση με το προσθετικό άκρο, μέσω ντιζών, έχει αποδειχθεί αισθητικά μη αποδεκτή από τους χρήστες, ενώ απαιτείται και ειδικό χειρουργείο κινησιοπλαστικής. Τα παραπάνω οδήγησαν σταδιακά στην εγκατάλειψη της μεθόδου αυτής, και την διάδοση του μυοηλεκτρικού ελέγχου, που αποτελεί μη επεμβατική μέθοδο. Μαζί της όμως χάθηκε και το πλεονέκτημα του υποσυνείδητου ελέγχου. Στο Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών έχει προταθεί μια νέα τοπολογία EPP, που ονομάστηκε Biomechatronic EPP, η οποία δεν απαιτεί τη χρήση ντιζών και χειρουργείου κινησιοπλαστικής. Ο πυρήνας της πρότασης αυτής βασίζεται στην τεχνολογία της τηλερομποτικής και του τηλεχειρισμού. Στο προτεινόμενο σύστημα, εφαρμόζεται ένα master-slave σχήμα ελέγχου θέσης-δύναμης το οποίο περιλαμβάνει την εμφύτευση γραμμικών επενεργητών οι οποίοι συνδέονται σε σειρά κατά τη διάρκεια του χειρουργείου ακρωτηριασμού με τους εναπομείναντες μύες, αποτελώντας τα κύρια (master) ρομπότ του συστήματος τηλεχειρισμού και τη χρήση ενός προσθετικού άκρου, που είναι το ρομπότ υπηρέτης (slave). Το εμφυτευμένο ρομπότ δέχεται ένα σήμα δύναμης από τον μύ στον οποίο είναι προσδεμένο. Αυτή η εντολή δύναμης μεταδίδεται ασύρματα στο ρομπότ υπηρέτη, το οποίο κινείται στο χώρο. Αυτό μεταδίδει το σήμα ανάδρασης της θέσης του πίσω στον ελεγκτή του κυρίους ρομπότ, το οποίο με τη σειρά του κινείται. Ο ελεγκτής του συστήματος εγγυάται τη δυναμική σύζευξη των master και slave ρομπότ, ενεργοποιώντας την ιδιοδεκτική αισθητικότητα του ακρωτηριασμένου. Αναμένεται ότι η προτεινόμενη αρχιτεκτονική θα προσφέρει ισοδύναμα αποτελέσματα ελέγχου με την κλασική ΕΡΡ διάταξη, αλλά χωρίς τα μειονεκτήματα που τη χαρακτηρίζουν. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, παρουσιάζουμε μια πειραματική σύγκριση μεταξύ της προτεινόμενης τοπολογίας, της κλασσικής EPP διάταξης, μιας μυοηλεκτρικής μεθόδου ελέγχου και ενός ελεγκτή ροπής που δεν παρέχει ανάδραση. Περιγράφεται η πειραματική διάταξη, καθώς και η υλοποίηση των κατάλληλων ελεγκτών. Για την πειραματική σύγκριση των προαναφερόμενων μεθόδων ελέγχου χρησιμοποιήσαμε μια δοκιμασία επίτευξης στόχων, η οποία υλοποιήθηκε με βάση το νόμο του Fitts, ως ένα μοντέλο επίδοσης για τη σύγκριση διαφορετικών στρατηγικών ελέγχου άνω άκρων.	el
heal.abstract	Upper-limb prosthetic technology has significantly changed in recent years. The devices available and those under development are more and more able to approximate the function of the lost limb. However, most of them fail to activate the proprioception of the amputee, as they do not provide the user with the adequate feedback information. Current externally powered upper-limb prostheses are dif¬ficult to use because of the lack of sensory feedback, while Neuroprostheses which have recently been developed for people with upper-limb amputation are complicated, expensive, and still under investigation. The Extended Physiological Proprioception (EPP) topology has proven the best scheme in terms of control, as the feedback it provides to the amputee, stimulates his proprioceptive sense, enabling subconscious control. On the downside, the required connection cables are aesthetically unacceptable by the users while an additional post-amputation surgery is required for their installation. The aforementioned attributes gradually led to the abandonment of EPP control, and the propagation and eventually establishment of myoelectric control, which is a noninvasive method. Subsequently, the advantage of subconscious control also vanished. At the Control Systems Laboratory of the School of Mechanical Engineering, a new topology of EPP, coined as Biomechatronic EPP, was proposed to eliminate the drawback of cineplasty and Bowden cables, which render the EPP unaesthetic for the user. The core of this concept is based on principles of the field of Telerobotics and Teleoperation. In the proposed system, a master - slave position-force control scheme is applied, using an implanted linear actuator as the Master at the time of the amputation surgery, and the prosthetic hand as the Slave. The implant takes a force command signal from the muscle/tendon attached to. The force command then is transmitted wirelessly to the Slave, and a position feedback comes back from the Slave to the linear actuator controller, which then moves. The controller of the topology guarantees the dynamic conjunction of the master and slave robots, enabling amputee’s proprioception. The proposed system is expected to provide a modern EPP-equivalent control scheme for upper-limb prostheses without the disadvantages of previous EPP configurations, but with the control advantages of proprioceptive feedback. In this thesis, we present an experimental comparison among the proposed control topology, the Classic EPP topology, an EMG control method and a torque controller without feedback, coined “Unconnected”. The experimental setup used for the evaluation of the experiments along with the implementation of the appropriate controllers, are described. The test used to experimentally compare the aforementioned control methods was a target acquisition test, built accordingly to Fitts’ Law. The results conducted during this thesis, prove the equivalency of the proposed Biomechatronic EPP control topology to the Classic EPP configuration and also reveal its superiority over the two other control methods, which do not provide the user with the adequate sensory feedback.	en
heal.advisorName	Κουτσούρης, Δημήτριος-Διονύσιος	el
heal.committeeMemberName	Κουτσούρης, Δημήτριος-Διονύσιος	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	145 σ.
heal.fullTextAvailability	true