Publication:
Performance-based adaptive modulation of resistance in hand rehabilitation system using finger-extensor mechanism

dc.contributor.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#en_US
dc.contributor.authorShahdad, Ifrahen_US
dc.contributor.supervisorNorsinnira Zainul Azlan, Ph.Den_US
dc.contributor.supervisorAhmad Jazlan Haja Mohideen, Ph.Den_US
dc.date.accessioned2024-10-08T03:17:43Z
dc.date.available2024-10-08T03:17:43Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractIn robot-aided therapy, control algorithms provide minimal assistance to patients during therapy to encourage active participation from them. This is accomplished by triggering assistance based on patient participation. However, such control strategies fail to account for changes in patient performance within a single exercise session. This leads to a slacking response from the patient which impedes recovery. Furthermore, resistive therapy, which helps patients in regaining motor function more effectively has not been widely implemented in the area of hand rehabilitation. The objective of this research is to develop a performance-based impedance control algorithm for modulation of resistive force exerted on the patient during a single therapy session. First, the system model of the 1-DOF finger extensor rehabilitation machine was developed. Then a performance-based impedance control law was designed with the capability of using force exerted by the patient during therapy as a basis for modulation of resistive force applied by the machine on to the patient. Stiffness parameter of the controller and the consequent force applied on the patient was modulated with each change in patient performance, as measured by a Force Sensing Resistor (FSR). A Graphical User Interface was also developed to provide real-time feedback of patient performance. The system model developed in the first step was validated through simulation and hardware experimentation. Implementation of the control algorithm was carried out on the real system and resistive therapy experiments were performed with a healthy subject. Performance of the developed controller was evaluated by drawing a comparison between the reference force generated by the algorithm and actual force output on the subject during three resistive therapy sessions. Root Mean Squared Error of 0.9875 was obtained which shows that the developed mathematical model represents the real behaviour of the physical system closely. Mean absolute error over the three resistive therapy sessions between the reference force and the force exerted by the machine on the subject was found to be 0.843 N whereas the relative error was 3.72%. Based on the experimental results, it is proven that the developed control strategy is able to change the control parameter within a single therapy session and modulate resistive force exerted on the subject throughout the session. Hence, the controller is successful in avoiding slacking behaviour during therapy.en_US
dc.description.abstractarabicفي العلاج بمساعدة الروبوت الطبي، توفر خوارزميات التحكم الحد الأدنى من المساعدة للمرضى أثناء العلاج لح ث وتنشيط مشاركتهم ، ويتم تحقيق ذلك من خلال إطلاق المساعدة على أساس مشاركة المريض. ومع ذلك، فإن استراتيجيات التحكم هذه تفشل في حساب التغييرات في أداء المريض خلال جلسة تمرين واحدة، وهذا يؤدي إلى تراخي استجابة المريض مما يعيق الشفاء. علاوة على ذلك، لم يتم تطبيق علاج مقاوم يساعد المرضى في استعادة الوظيفة الحركية بشكل أكثر فعالية على نطاق واسع في مجال إعادة تأهيل الإصبع أو الي د. يهدف هذا البحث إلى تطوير خوارزمية التحكم في المقاوم ة المعتمدة على الأداء لتعديل قوة المقاومة التي تمارس على المريض خلال جلسة علاج ثم كانت وحدة .DOF- واحدة. أو لا : تم إجراء النمذجة الرياضية ومحاكاة النظام لجهاز إعادة تأهيل مممَ دد العضلة 1 تحكم المقاومة المعتمدة على الأداء مصممة بإمكانية استخدام القوة التي يبذلها المريض أثناء العلاج كأساس لتعديل قوة المقاومة التي تطبقها الآلة على المريض. تم تعديل صلا بة وحدة التحكم وبالتالي القوة المطبقة على المريض لتناسب ك ل تغي ير محتمل في أداء المريض ، كما تم قياسه بواسطة مقاومة استشعار القو ة. تم تصميم واجهات المستخدم الرسومية أي ا ضا لتقديم ملاحظات في الوقت الفعلي عن أداء المريض. تم التحقق من صحة نموذج النظام الذي تم تطويره في الخطوة الأولى من خلال المحاكاة وتجريب الأجهزة. عرض جذر متوسط الخطأ التربيعي 0.9875 فكان ق ريبا من نموذج أداء النظام الحقيقي الطبيع ي. تبع ذلك تنفيذ خوارزمية التحكم على النظام الحقيقي والتجريب على شخص سليم . ولتقييم أداء وحدة التحكم المطورة . تم إجراء مقارنة بين القوة المرجعية الناتجة عن الخوارزمية والقوة الفعلية قوة الإخراج على المريض خلال ثلاث جلسات علاج مقاوم. وجد أن متوسط الخطأ المطلق خلال هذه الجلسات بين القوة المرجعية والقوة التي تمارسها الآلة على الشخص يساوي 0.843 نيوتن ، بينما كان الخطأ النسبي يساوي 3.72 ٪. وبناءا على النتائج التجريبية ، تم التوصل إلى أن استراتيجية التحكم المطورة كانت قادرة على مراقبة أداء المريض خلال جلسة علاج واحدة وتعديل المقاومة المقدمة وفاقا لذلك .en_US
dc.description.identifierThesis : Performance-based adaptive modulation of resistance in hand rehabilitation system using finger-extensor mechanism /by Ifrah Shahdaden_US
dc.description.identityt11100393409IfrahShahdaden_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.notesThesis (MSMCT)--International Islamic University Malaysia, 2021.en_US
dc.description.physicaldescriptionxv, 107 leaves : colour illustrations ; 30cm.en_US
dc.description.programmeMaster of Science (Mechatronics Engineering)en_US
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7084
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2021en_US
dc.titlePerformance-based adaptive modulation of resistance in hand rehabilitation system using finger-extensor mechanismen_US
dc.typeMaster Thesisen_US
dspace.entity.typePublication

Files

Original bundle

Now showing 1 - 2 of 2
Loading...
Thumbnail Image
Name:
t11100393409IfrahShahdad_24.pdf
Size:
239.47 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
24 pages file
Loading...
Thumbnail Image
Name:
t11100393409IfrahShahdad_SEC.pdf
Size:
8.48 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text secured file

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Plain Text
Description:

Collections