Entwicklung eines verteilten Steuerungssystems für eine myoelektrisch gesteuerte Armprothese

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines verteilten Steuerungssystems für den DynamicArm, einer myoelektrisch gesteuerten Armprothese der Firma Ottobock. Damit soll geklärt werden, ob die Steuerung des Prothesenarmes mittels verteiltem System, basierend auf dem AXON-Bus®, realisiert werden kann. Auf dieser Grundlage kann die Kompatibilität mit weiteren AXON-Bus® basierten Produkten der Firma Ottobock sichergestellt werden. Weiters wird die Möglichkeit überprüft, ob der auf einer Messung des Motorstromes beruhende automatische Getriebeverstellalgorithmus für das stufenlos verstellbare Reibgetriebe des original DynamicArm, durch ein alternatives Konzept ersetzt werden kann. Damit sollen die Schwachstellen des original Algorithmus umgangen werden. Um Antworten auf diese Fragen zu geben, entsteht im Laufe dieser Arbeit ein Prototyp der solch ein verteiltes System beinhaltet. Dazu gehört der Aufbau des Prototypen basierend auf den mechanischen Komponenten des original DynamicArm, das Ersetzen der original Elektronik durch AXON-Bus® fähige Elektronikkomponenten und die Entwicklung der Software zur Steuerung der Armfunktionen. Weites wird ein Getriebeverstellalgorithmus basierend auf der Messung des Übersetzungswertes des Reibgetriebes entworfen und implementiert. Um den so entstandenen Prototypen zu testen, wird eine Reihe von Versuchen durchgeführt. Das Verhalten des neu entwickelten Verstellalgorithmus wird anhand von Hubversuchen bei unterschiedlichen Lasten untersucht. Zusätzlich werden Vergleichsmessungen in Bezug auf den Energieaufwand pro durchgeführten Hub, zwischen dem Prototypen und einem original DynamicArm, durchgeführt. So wird gezeigt, dass die Steuerung mittels verteiltem System realisierbar ist und dass der neu entwickelte Verstellalgorithmus die gewünschten Eigenschaften aufweist.

This thesis presents the development of a distributed control system for the DynamicArm, a myoelectrically controlled arm prosthesis by Ottobock. This is to clarify whether the control of the prosthetic arm can be realized by means of a distributed system based on the AXON-Bus®. On this basis, the compatibility with other AXON-Bus® based products of Ottobock can be ensured. Furthermore, the possibility is checked whether the automatic transmission adjustment algorithm, based on a measurement of the motor current, for the infinitely variable frictiongear of the original DynamicArm, can be replaced by an alternative concept. This should bypass the weak points of the original algorithm. In order to find answers to these questions, a prototype, containing such a distributed system, arises in the course of this work. This includes building the prototype based on the mechanical components of the original DynamicArm, replacing the original electronics with AXON-Bus® compatible electronics, and developing the software to control the arm functions. Furthermore, a transmission adjustment algorithm is designed and implemented based on the measurement of the transmission value of the friction gear. To test the resulting prototype, a series of experiments is carried out. The behavior of the newly developed adjustment algorithm is examined by means of lifting tests at different loads. In addition, comparative measurements are made, in terms of energy consumption per stroke performed, between the prototype and an original DynamicArm. Thus, it is shown that the control is feasible by means of a distributed system and that the newly developed adjustment algorithm has the desired properties.