DEVELOPMENT OF AN ELECTRO-MECHANICALLY CONTROLLED HAND ORTHOSIS FOR ASSISTING FINGER EXTENSION IN STROKE SURVIVORS

Juliana Villa Bedoya, Neil Petroff

Resumen


Stroke is the leading cause of long-term disability in the world. It causes chronic deficits, such as hemiparesis, especially prevalent in the distal upper extremities. An electro-mechanically driven hand orthosis has been developed to assess the potential therapeutic use of such devices in rehabilitating hand function. A small Direct Current (DC) brushed motor is used as the main actuator, and a cable-driven glove connected to the motor shaft is the central component of the device. The orthosis control is achieved through a force feedback loop using a miniature load cell attached in series to the cable and control module. The later, generates Pulse Width Modulated (PWM) and direction signals required to drive the motor. The speed is determined by the duty cycle of the PWM signal while the direction by the status of a flag bit modified by a user-operated switch. A portable design was achieved by using a 6 V battery pack as the power supply. The device is ready for use in clinical trials with stroke survivor subjects as it has already been tested on healthy individuals with satisfactory performance.

Resumen— Los accidentes cerebro-vasculares son una de las causas más comunes de discapacidad permanente en los Estados Unidos y el mundo. Esta condición causa déficits crónicos, como la hemiparesis, que es especialmente prevalente en las extremidades distales superiores. Se ha desarrollado una órtesis de mano controlada electromecánicamente para determinar el potencial uso terapéutico de este tipo de dispositivos en la rehabilitación funcional de la mano. Un pequeño motor de corriente directa es utilizado como el actuador principal, y un guante operado mecánicamente por el usuario por medio de un cable es el componte central del dispositivo. El control de la órtesis se logra por medio de un sistema automatizado utilizando un sensor de fuerza conectado al cable del guante. Adicionalmente se usa un microcontrolador para generar la señal de ancho de pulso modulada (PWM) y las señales de dirección requeridas para operar el motor, a una velocidad determinada por el ciclo de trabajo de la señal de PWM y en la dirección determinada por el estado de un bit bandera que es modificado por un interruptor que opera el usuario. El diseño es portátil y el dispositivo está listo para pruebas clínicas, ya que mostró un desempeño aceptable en pruebas iniciales con individuos sanos.

Palabras clave


DC motor, Force feedback control, Hand orthosis, Hemiparesis, Hemiplegia, Stroke. Palabras clave— Motor DC, Control con retroalimentación de fuerza, Órtesis de mano, Hemiparesis, Hemiplejía, Accidente cerebro-vascular.



DOI: https://doi.org/10.24050/19099762.n2.2007.30

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