Podrobno

Robotska rehabilitacijska naprava za samostojno vadbo prstov in zapestja : raziskovalni podatki, zajeti v okviru študije sprejemljivosti tehnologije, obravnavani v doktorskem delu
ID Mandeljc, Ana (Avtor), ID Kamnik, Roman (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.txtTXT - Opis podatkov, prenos (7,70 KB)
MD5: 95E63472AE8C2C460D9E46C80D341964
Opis: PREBERI ME
.zipZIP - Raziskovalni podatki, prenos (83,06 MB)
MD5: 4231662BA3545A3AC86F7557F8EC3258
Opis: RMSE
.zipZIP - Raziskovalni podatki, prenos (266,93 KB)
MD5: 12BB39FC120D41594AF7B069EAB61ED1
Opis: VPRAŠALNIK SUS
To gradivo ima še več datotek. Celoten seznam je na voljo spodaj.

Izvleček
Doktorska disertacija obravnava razvoj robotske naprave ReGrip za rehabilitacijo gibanja prstov in zapestja, njeno nadaljnjo nadgradnjo v dve različici z naprednejšima načinoma vodenja ter evalvacijo njunega delovanja. Posebnost razvite robotske naprave je paralelno-serijski mehanizem, ki z eno gnano prostostno stopnjo omogoča sočasno gibanje prstov in zapestja v sagitalni ravnini. Ciljno gibanje mehanizma posnema odpiranje in zapiranje dlani, kar imitira gib pobiranja in spuščanja predmetov. Pozicijsko vodeno napravo ReGrip smo preko več prilagoditev razvili v dve različici, napravo ReGrip ACA in napravo ReGrip VIA, ki vsaka preko svojega pristopa omogočata prilagajanje stopnje mehanske impedance. Glavni raziskovalni cilj je bil razviti napravo za rehabilitacijo gibanja dlani, namenjeno varni in učinkoviti samostojni uporabi, ter ugotoviti, kako princip spreminjanja mehanske impedance vpliva na impedančne parametre in odziv razvitih naprav, spreminjanje režimov robotsko podprte vadbe in uporabniško izkušnjo. Prvo poglavje podaja vpogled v proces rehabilitacije gibanja dlani po možganski kapi ter predstavi vlogo robotske rehabilitacije in njenih prednosti pred klasičnimi rehabilitacijskimi pristopi. Predstavljena je klasifikacija naprav za rehabilitacijo zgornjega uda glede način mehanske povezave z uporabnikom, vrsto aktuacije ter vadbene modalitete, ki jih naprave lahko omogočajo in kako s slednjimi dosežemo progresivno stopnjevanje zahtevnosti vadbe. Dalje so predstavljene najpogosteje uporabljene strategije vodenja, vključno z impedančnim in admitančnim vodenjem ter koncept serijskega elastičnega in variabilnega impedančnega aktuatorja. Poglavje se zaključi z opredelitvijo ciljev disertacije. Drugo poglavje opisuje izhodiščno verzijo pozicijsko vodene naprave ReGrip. Predstavljeni so ciljno gibanje, razviti mehanizem, pogonski sistem ter osnovna arhitektura vodenja, ki omogoča pasivni vadbeni režim. Na osnovi tega prototipa smo pri zdravih prostovoljcih izvedli eksperimentalno validacijo gibanja naprave ReGrip, kjer smo primerjali gibanje dlani z in brez uporabe naprave. Rezultati so pokazali, da prototip naprave ReGrip zadovoljivo posnema gibanje zapestja in prstov iz sočasne fleksije v ekstenzijo. Tretje poglavje opisuje nadaljnjo nadgradnjo osnovne verzije naprave ReGrip, ki je omogočila razvoj in primerjavo dveh mehansko enakih različic naprav ReGrip z različnima principoma spreminjanja mehanske impedance. Naprava ReGrip ACA aktivno spreminja mehansko impedanco mehanizma s prilagajanjem parametrov ojačenja admitančnega regulatorja, pri napravi ReGrip VIA pa je preko antagonističnega prednapenjanja nelinearnih vzmeti omogočeno spreminjanje mehanske impedance s pasivnimi elastičnimi elementi. V četrtem poglavju je predstavljena eksperimentalna evalvacija ter primerjava impedančnega odziva obeh razvitih naprav ReGrip v stiku z dinamičnim okoljem. Za simulacijo dinamičnega okolja smo uporabili sodelujoči robot UR5e, ki je preko razvitega mehanskega vmesnika vsiljeval gibanje na vrhu distalnega naslona za prste naprav ReGrip ter hkrati zajemal podatke o sili interakcije. Na podlagi izmerjenih podatkov o gibanju in sili interakcije smo ovrednotili impedančni in frekvenčni odziv obeh naprav. Obe napravi ReGrip sta znotraj istih vadbenih modalitet izkazali podoben in stabilen odziv s primerljivimi vrednostmi impedančnih parametrov. Pri višjih frekvencah vsiljevanja motenj je prišlo do postopnih sprememb v frekvenčnem odzivu, pri čemer se je naprava ReGrip VIA izkazala kot robustnejša. Zadnje poglavje obravnava študijo sprejemljivosti tehnologije, izvedeno na desetih zdravih preiskovancih in petih pacientih po možganski kapi. Udeleženci so preizkusili vse štiri razvite vadbene modalitete na obeh napravah ReGrip pri nalogi sledenja referenčni trajektoriji. Uporabniška izkušnja je bila ovrednotena z vprašalnikom SUS in vprašalnikom o zadovoljstvu uporabnikov, uspešnost sledenja pa preko analize napake sledenja. Rezultati kažejo razlike v uspešnosti sledenja med posameznimi modalitetami, ne pa med napravama znotraj iste vadbene modalitete, z izjemo pasivne. Napaka sledenja je naraščala skladno z zahtevnostjo izvajanja naloge pri obeh napravah. Rezultati vprašalnikov so pokazali primerljivo in visoko oceno zadovoljstva z uporabniško izkušnjo, pri čemer sta bili po vprašalniku SUS obe razviti napravi ReGrip ocenjeni kot odlični.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:robotska rehabilitacija, možganska kap, zapestje, prsti, spremenljiva mehanska impedanca, admitančno vodenje, serijski elastični aktuator, aktuator s spremenljivo impedanco, nelinearne vzmeti, sprejemljivostna študija tehnologije
Tipologija:2.20 - Raziskovalni podatki
Geografsko pokritje:Ljubljana, Slovenija
Časovno pokritje:Marec 2026
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2026
PID:20.500.12556/RUL-182839 Povezava se odpre v novem oknu
Metode zbir. podat.:Samoizpolnjeni vprašalnik: Določen vnaprej
Samoizpolnjeni vprašalnik: Papir/svinčnik
Meritve in testi
Meritve in testi: Fizično
Datum objave v RUL:27.05.2026
Število ogledov:388
Število prenosov:197
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Licence

Licenca:CC BY 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.sl
Opis:To je standardna licenca Creative Commons, ki daje uporabnikom največ možnosti za nadaljnjo uporabo dela, pri čemer morajo navesti avtorja.

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Robotic rehabilitation device for independent fingers and wrist exercise : research data captured in the framework of the technology acceptance study, underlying the doctoral dissertation
Izvleček:
The doctoral dissertation addresses the development of the ReGrip robotic device for the rehabilitation of finger and wrist movement, its further upgrade into two versions with more advanced control modes, and the evaluation of their performance. A distinctive feature of the developed robotic device is its parallel-serial mechanism, which, with a single actuated degree of freedom, enables simultaneous movement of the fingers and wrist in the sagittal plane. The target motion of the mechanism mimics the opening and closing of the hand, imitating the action of grasping and releasing objects. The position-controlled ReGrip device was, through several modifications, developed into two versions: the ReGrip ACA and the ReGrip VIA. Each of these, through its own approach, enables adjustment of the level of mechanical impedance. The main research objective was to develop a device for hand movement rehabilitation intended for safe and effective independent use, and to determine how the principle of varying mechanical impedance affects the impedance parameters and response of the developed devices, the modes of robot-assisted exercise and the user experience. The first chapter provides an overview of the rehabilitation process of hand movement after stroke and presents the role of robotic rehabilitation and its advantages over conventional rehabilitation approaches. A classification of upper-limb rehabilitation devices is presented based on the type of mechanical interface with the user, type of actuation and training modalities they enable, as well as how these modalities enable progression in exercise intensity. Furthermore, commonly used control strategies are described, including impedance and admittance control, as well as the concept of series elastic actuators and variable impedance actuators. The chapter concludes with the definition of the dissertation’s objectives. The second chapter describes the initial version of the position-controlled ReGrip device. It presents the target motion, the developed mechanism, the actuation system, and the basic control architecture that enables a passive training mode. Based on this prototype, an experimental validation was conducted with healthy volunteers, comparing hand movement with and without the device. The results showed that the ReGrip prototype satisfactorily replicates wrist and finger movement from simultaneous flexion to extension. The third chapter describes the further upgrade of the basic version of the ReGrip device, which enabled the development and comparison of two mechanically identical versions of the ReGrip device with different principles of changing the mechanical impedance. The ReGrip ACA device actively changes the mechanical impedance of the mechanism by adjusting the gain parameters of the admittance controller, whereas in the ReGrip VIA device changing the mechanical impedance with passive elastic elements is enabled through antagonistic preloading of nonlinear springs. The fourth chapter presents the experimental evaluation and comparison of the impedance response of the developed ReGrip devices in interaction with a dynamic environment. A collaborative robot UR5e was used to simulate the dynamic environment by imposing motion at the top of the distal finger support through a custom mechanical interface, while simultaneously measuring interaction forces. Based on the measured motion and interaction force data, we evaluated the impedance and frequency response of the devices. Both ReGrip devices exhibited similar and stable responses within the same training modalities, with comparable values of impedance parameters. At higher disturbance excitation frequencies, gradual changes in the frequency response were observed, with the ReGrip VIA device proving to be more robust. The final chapter presents a technology acceptance study conducted with ten healthy participants and five post-stroke patients. Participants tested all four developed training modalities on both ReGrip devices in a trajectory-tracking task. User experience was evaluated using the SUS and a user satisfaction questionnaire, while tracking performance was assessed through the analysis of tracking error. The results indicate differences in tracking performance between modalities, but not between devices within the same modality, except in the passive mode. The tracking error increased in line with the difficulty of the task for both devices. Questionnaire results showed comparable and high user satisfaction, with both developed ReGrip devices rated as excellent according to the SUS questionnaire.

Ključne besede:robotic rehabilitation, stroke, wrist, fingers, variable mechanical impedance, admittance control, series elastic actuator, variable impedance actuator, nonlinear springs, technology acceptance study

Projekti

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:P2-0228
Naslov:Analiza in sinteza gibanja pri človeku in stroju

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Datoteke

Podatki se nalagajo...

Nazaj