Electrotactile stimulation for closed-loop control of a soft robotic hand

Thumbnail Image

Files

master_Järvi_Oskari_2022.pdf (6.82 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2022-08-22

Department

Major/Subject

Control, Robotics and Autonomous Systems

Mcode

ELEC3025

Degree programme

AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)

Language

en

Pages

36

Series

Abstract

Providing useful and intuitive feedback during a prosthesis use is an open problem. For example, delicate grasping of a brittle object is a difficult task if the user has no perception of the grasping force that they are exerting on the object. In this thesis, a soft robotic hand prosthesis is coupled with an artificial tactile feedback modality. The prosthesis control is established via myoelectric signals using both position and velocity mode of operation. The information on the resulting grasping force is fed back to the user via electrotactile feedback using mixed spatial and parameter coding. The effectiveness of the established the system is evaluated through a series of tasks dynamic grasping tasks. The users have been instructed to produce variable force levels in the presence and absence of artificial feedback. The target force is represented as a moving trajectory on a screen. The overall performance is quantified by calculating a root-mean-square deviation between the achieved and the desired force trajectories. The results suggest that electrotactile feedback has little effect on the performance when a clear and explicit alternative is present (e.g., a visual representation of the force). However, the presence of artificial feedback improves the performance in the position control mode when no visual reference is available. This indicates that proposed closed-loop implementation can be beneficial for users during prosthesis operation in non-ideal conditions.

Hyödyllisen ja intuitiivisen palautteen saaminen proteesin käytön aikana on avoin ongelma. Esimerkiksi, hienovarainen hauraan kappaleen käsitteleminen on vaikea tehtävä, jos proteesin käyttäjällä ei ole käsitystä siitä, että kuinka paljon voimaa kappaleeseen käyttää. Tässä opinnäytetyössä pehmeä robottikäsi on kytketty keinotekoiseen taktiiliseen takaisinkytkentämodaliteettiin. Proteesin ohjaus on tehty myoelektrisiä signaaleja käyttäen ja sitä voidaan ohjata paikka- ja nopeusohjaimella. Informaatio, joka syntyy kappaleen käsittelystä, ohjataan takaisin käyttäjälle elektrotaktiilista takaisinkytkentää käyttäen. Elektrotaktiilinen takaisinkytkentä on koodattu spatiaalisesti ja parametrien säädön yhdistelmää käyttäen. Luodun systeemin efektiivisyys arvioidaan useiden dynaamista kappaleenkäsittelyä vaativien tehtävien avulla. Käyttäjiä on ohjeistettu tuottamaan eritasoista voimaa kappaleen ympärille ilman takaisinkytkentää ja takaisinkytkennän kanssa. Tavoiteltava voimataso on esitetty liikkuvana liikeratana näytöllä. Kokonaissuorituskyky kvantifioidaan laskemalla neliöllinen keskiarvopoikkeama luodun liikeradan ja tavoiteliikeradan väliltä. Työn tulokset viittaavat siihen, että elektrotaktiililla takaisinkytkennällä ei ole juurikaan vaikutusta suoritukseen, jos selkeä vaihtoehto on saatavilla (esim., tuotetun voiman visuaalinen esitys). Kuitenkin keinotekoisen palautteen saaminen parantaa suoritusta paikkaohjauksen kanssa, jos visuaalista referenssiä ei ole saatavilla. Tämä osoittaa, että ehdotettu suljettu systeemi voi olla hyödyllinen proteesien käyttäjille, kun proteesia käytetään epäihanteellisissa olosuhteissa.

Description

Supervisor

Vujaklija, Ivan

Thesis advisor

Vujaklija, Ivan

Keywords

myocontrol, electrotactile, feedback, closed-loop, force, robotic hand

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202208285210

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC