Utvikling og evaluering av en flerfunksjonell armprotesemodell

Abstract

Dette studiet er en del av en visjonen ved NTNU om å produsere og fremstille en underarmprotese med tilhrende kontrollsystem for styring av vinkelen i pronasjon/supinasjon, fingerfleksjon/-ekstensjon og håndleddsfleksjon/-ekstensjon som kontinuerlige funksjoner av EMG-signalparametre.I den innledende Prosjektoppgaven så jeg på at det finnes i dag flere applikasjoner hvor dette lar seg gjøre, men ikke fullt så mange evnerå styre flere frihetsgrader samtidig. Prosjektrapporten beskriver et overordnetstyresystem som har denne muligheten i nevnte vinkler. I denne Masterrapportengir jeg en endelig løsning for et maskinvarebasert styresystem, og en realisert multifunksjonell hånd for proteserelatert forskning og demonstrasjon.Jeg gir en oversikt over tidligere flerfunksjonelle antropomorske hender, medvekt på mekaniske løsninger og aktuatorvalg. Underveis begrunner jeg de valgav løsninger jeg har gjort for den nye forskningshånden jeg har gitt navnetMyoPossibility. Løsningen spesifiserer hvilke leddfunksjoner som inngår. Dentilnærmet antropomorske hånden er realisert i samarbeid med Instituttets mekaniske verksted.Hånden har servoaktuatorer som styrer leddfunksjonene; pronasjon/supinasjon av underarm, radial/ulnar deviasjon av håndledd, fleksjon/ekstensjon av håndledd,abduksjon/adduksjon av tommelfinger, fleksjon/ekstensjon av tommelfinger og fleksjon/ekstensjon av pekefinger, langefinger, ringfinger og lillefinger.De mekaniske løsningene og hele konstruksjonen er og dokumentert i form av CAD tegninger utført i 3D programmet SolidWorks.Til hånden har jeg konstruert og realisert et maskinvarebasert styresystem som legger til rette for avlesning av og kontroll med myoelektriske signaler hentet fra overflate-elektroder på residualmuskulatur i underarmen. Maskinvareplattformenfor dette systemet er bestående av en prosesseringsenhet, LEGO Mindstorm NXT 2.0, som står for sampling og prosessering. Enheten er modifisert med en JTAG tilkobling direkte opp mot den innebygde ARM7 prosessoren. Ved bruk av en innkjøpt J-Link emulator fra SEGGER kan programvare implementeres i C/C++. Det er og gjort avtale med IAR om ett år lisens på IAR Embedded Workbench, som er kompatibel med emulatoren,mot en publiseringsartikkel på deres hjemmesider. Denne artikkelen er gitt videre til Øyvind Stavdahl for videre revisjon. Mindstorm NXT kan og programmeres med Mathworks MatLab/Simulink eller National Instruments LabView via plug-ins. Fra NXT plattformen går ønsket styresignal videre til en servokontroller, NXTservo-v2 fra Mindsensors. Servokontrolleren forskynes med 6V og kan med det drifte de 7 servoene i hånden, samt ta inn og levere tilbake potensiometermålinger for operasjonsvinkelen til aktuatorene.I rapporten legger jeg og frem forslag til et programvarebasert styresystem egnet for plattformen, og en tydelig forklaring til hvordan en kan komme fort i gang med bruken av forskningsstasjonen og veien videre.Et solid litteraturstudie er gjennomført og ligger til grunn for de valg som er tatt. Litteraturstudiet omfatter tidligere flerfunksjonelle antropomorfiske hender med mekaniske løsninger og aktuatorvalg, og er godt dokumentert i rapporten.