Control System for Hy5 Hydraulic Hand Prosthesis

Abstract

En protesebruker mister muligheten til å analysere sine omgivelser gjennom berøringssansen. Det å plukke opp gjenstander og utføre småmotoriske bevegelser, som vanligvis kan gjennomføres uanstrengt og ubevisst kan kreve høy grad av konsentrasjon når armen erstattes med en protese.

Det norske selskapet Hy5 har utviklet en hydraulisk håndprotese med én frihetsgrad. Deres visjon er å utvikle en rimelig, men avansert håndprotese. Hovedmålet med denne oppgaven er å undersøke metoder for å forbedre kontrollsystemet til Hy5-protesen ved å tilbakekoble taktil sensorinformasjon til kontrolleren. Dette vil være et grunleggende ledd i utvikling av kunstig refleksive griperesponser for proteser.

En forståelse av ulike taktile sensorer og hvordan de potensielt kunne brukes for å forbedre styringen av Hy5-protese. Protesehånda ble instrumentert med de valgte sensorone og tester gjennomført for å utvikle den nødvendige signalbehandling som trengs for å detektere 'slip' og kontakt. Et kontrollsystem ble utviklet basert på et eksisterende protesekontrollsystem ved institutt for Teknisk Kybernetikk.

Resultatene viser at en FSR-sensor kan brukes til å ekstrahere informasjon om 'slip'- og kontaktdeteksjon i protesens fingertupper. Ved å tilbakekoble denne informasjonen til kontrolleren, kan protesen reagere avhengig av de detekterte tilstandene.

Tilbakekobling av slik informasjon til kontrolleren kan gjøre at Hy5-protesens kontrollsystem forbedres i den forstand at brukeren opplever større grad av kontrol når han eller hun griper gjenstander. Samtidig kan kontrollen oppleves mer naturlig og underbevisst.

When a missing limb is replaced with a conventional feed-forward prosthesis, the user loses the ability to decode his or her surroundings through the sense of touch. Gripping and manipulating objects, which is normally an effortless and subconscious process, can require high cognitive effort with a prosthesis.

The Norwegian company, Hy5, have developed a 1DoF hand prosthesis which is actuated by hydraulics rather than electronics, their goal is to develop an affordable and advanced motion hand prostheses. The main goal of this thesis is to investigate methods of improving the control scheme of the Hy5 prosthesis by feedbacking tactile sensor information to the controller. In effect, to examine the possibilities of developing artificial grip reflex motions for prostheses.

Various tactile sensors were studied to gain an understanding and assessed to see in what way they could be used with the Hy5 scheme. The prosthesis was instrumented using selected sensors and the necessary data processing to extract contact and slip detection was established. A control scheme was developed from an existing prosthesis control system, previously developed at the Department of Engineering Cybernetics.

Results show that a force sensitive resistor (FSR) sensor can successfully be used to extract information about slip and contact detection in the fingertips of the prosthesis. This information can be fed back to the controller, allowing the prosthesis to respond differently depending on the detections.

By feedbacking this information to the controller, the Hy5 prosthesis' control scheme can be improved to give the user more control when gripping, while simultaneously allowing for more subconscious grip alterations.