Πτυχές σχεδιασμού εμφυτεύματος προσθετικού άνω άκρου βιομηχανοτρονικού EPP ελέγχου

Τουντουλίδης, Νικόλαος; Tountoulidis, Nikolaos

dc.contributor.author	Τουντουλίδης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Tountoulidis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2024-05-28T10:32:54Z
dc.date.available	2024-05-28T10:32:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59531
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27227
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσθετικά άνω άκρου	el
dc.subject	Εμφυτεύματα	el
dc.subject	Τεχνητά μέλη	el
dc.subject	Σχεδιασμός	el
dc.subject	Εκτεταμένη φυσιολογική ιδιοδεκτικότητα	el
dc.subject	Upper limb prosthesis	en
dc.subject	Impants	en
dc.subject	Design	en
dc.subject	Artificial limbs	en
dc.subject	Extended physiological proprioception	en
dc.title	Πτυχές σχεδιασμού εμφυτεύματος προσθετικού άνω άκρου βιομηχανοτρονικού EPP ελέγχου	el
dc.title	Design considerations of an upper limb prosthesis implant employing biomechatronic EPP control	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα αυτομάτου ελέγχου	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-02-23
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, οι εξελίξεις στον τομέα της βιοϊατρικής τεχνολογίας έχουν επιφέρει την ανάπτυξη εξελιγμένων και ευέλικτων προσθετικών μηχανισμών, βελτιώνοντας την ποιότητα ζωής των ατόμων με απώλεια άκρων. Καθώς οι προσθετικές συσκευές ενσωματώνονται όλο και περισσότερο στη καθημερινότητα των ανθρώπων, προκύπτει η ανάγκη για τη δημιουργία αποτελεσματικότερων και πιο φιλικών προς το χρήστη επιλογών. Ένα βασικό χαρακτηριστικό των συσκευών αυτών είναι η αδυναμία επαναφοράς της αίσθησης της ιδιοδεκτικότητας στον χρήστη. Αποτέλεσμα αυτού είναι η έλλειψη από τον χρήστη της αίσθησης και αντίληψης των αντικειμένων με τα οποία αλληλεπιδρά το προσθετικό μέλος. Έτσι περιορίζονται οι δυνατότητες και η αναμενόμενη ικανοποίηση του ανθρώπου από ένα προσθετικό άνω μέλος. Η τοπολογία ελέγχου Βιομηχανοτρονικής Εκτεταμένης Φυσιολογικής Ιδιοδεκτικότητας (BioEPP) αποσκοπεί στην αντιμετώπιση αυτής της δυσκολίας για τη περίπτωση των προσθετικών μελών άνω άκρου. Μέσω της εφαρμογής της τοπολογίας αυτής, η δύναμη που αντιλαμβάνεται το προσθετικό από την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον, μεταφέρεται στους μύες του χεριού που είναι υπεύθυνοι για τη κίνηση του άκρου. Η άσκηση της δύναμης αυτής στους μύες πραγματοποιείται μηχανικά μέσω γραμμικών επενεργητών εντός ενός εμφυτεύματος. Η διαρκής επικοινωνία εμφυτεύματος και προσθετικού συντελεί στον δυναμικό έλεγχο του άκρου, προσδίδοντας το αίσθημα ανάδρασης στον χρήστη και βοηθώντας στην αύξηση των δυνατοτήτων του. Η φύση του μηχανισμού αυτού προϋποθέτει τη χρήση ειδικών μεθόδων για τη λειτουργία του. Στη περίπτωση της επικοινωνίας των δύο μερών αξιοποιείται η λογική της αρχιτεκτονικής master – slave του τομέα του τηλεχειρισμού και της ρομποτικής, με τον ρόλο του master να αποδίδεται στο εμφύτευμα ως το κινητήριο μέσο και τον ρόλο του slave στο προσθετικό ως το κινούμενο. Το κάθε υποσύστημα διαθέτει το δικό του μικροελεγκτή, υπεύθυνο για τον συντονισμό των λειτουργιών και την μετάφραση των πληροφοριών που ανταλλάσσονται ασύρματα μεταξύ του ζεύγους, μέσω τεχνολογίας Bluetooth Low Energy (BLE). Ο περιορισμός που προκύπτει από την αδυναμία άμεσης σύνδεσης του εμφυτεύματος με το προσθετικό επηρεάζει άμεσα τον τρόπο με τον οποίο θα επιτυγχάνεται η παροχή ενέργειας στο σύστημα. Η μέθοδος της επαγωγικής φόρτισης αποτελεί αντικείμενο ευρείας μελέτης σε πολλούς τομείς της μηχανολογίας και των ηλεκτρονικών, σύμφωνα με την οποία είναι εφικτή η ασύρματη μετάδοση ισχύος μεταξύ δύο συστημάτων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισμός των αναγκών του συστήματος και ο σχεδιασμός του συστήματος τροφοδοσίας του συστήματος με γνώμονα τη μέθοδο της επαγωγικής φόρτισης. Το αντικείμενο της μελέτης περιλαμβάνει τη δημιουργία προδιαγραφών σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος και την επιλογή των απαραίτητων στοιχείων που χρειάζονται για τη τροφοδοσία του εμφυτεύματος. Μέσω των πειραματικών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν, γίνεται ο έλεγχος της επιλεγείσας μεθόδου και η μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την αρμονική συνεργασία του μηχανισμού με το ανθρώπινο σώμα. Τα αποτελέσματα της μελέτης αποδεικνύουν τη δυνατότητα υλοποίησης του συστήματος αυτού, με την εφαρμογή των απαραίτητων προϋποθέσεων, ενθαρρύνοντας έτσι την ανάγκη για περαιτέρω έρευνα.	el
heal.abstract	Recently, advances in the field of biomedical engineering have driven the development of sophisticated and flexible prosthetic devices, improving the quality of life of people with limb loss. As prosthetic devices become increasingly integrated into people's daily lives, the need to create more effective and user-friendly options arises. A key feature of these devices is the inability to restore the sense of proprioception to the user. The result of this is the lack of users’ senses and perception of the objects with which the prosthetic member interacts. This limits the possibilities and the expected human satisfaction from a prosthesis. The Biomechatronic Extended Physiological Proprioception (BioEPP) control topology aims to address this issue for the case of upper limb prostheses. Through the application of this topology, the force perceived by the prosthesis from its interaction with the environment is transferred to the arm muscles responsible for the movement of the limb. This force is applied to the muscles mechanically by means of linear actuators within an implant. The constant communication between implant and prosthesis contributes to the dynamic control of the limb, giving the user a sense of feedback and helping to increase the capabilities of the user. The nature of this mechanism requires the use of specific methods for its operation. In the case of the communication between the two parts, the approach of the master-slave architecture of the remote-control robotics is employed, with the role of master being assigned to the implant as the driving medium and the role of the slave being assigned to the prosthesis as the driven medium. Each subsystem has its own microcontroller, responsible for coordinating operations and translating information exchanged wirelessly between the pair via Bluetooth Low Energy (BLE) technology. The limitation resulting from the inability to directly connect the implant to the prosthesis greatly affects the way in which the energy supply to the system will be achieved. The method of inductive charging is widely studied in many fields of engineering and electronics, whereby it is possible to transmit power wirelessly between two systems. The purpose of this thesis is to determine the needs of the implant and design the power supply system based on the inductive charging method. The scope of the study includes creating specifications according to the system needs and selecting the necessary components needed to power the implant. Through the conducted experimental tests, the selected method is verified and the factors affecting the harmonious cooperation of the mechanism with the human body are studied. Based on the results of the study, the feasibility of implementing this system is demonstrated, with the application of necessary conditions, thus encouraging the need for further research.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Πουλακάκης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	81 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false