Providing contact sensory feedback for upper limb robotic prosthesis

Abstract

Güunüumüuzdeki robotik protezlerinin temel sorunu dokunma hissinden yoksun olmaliridir. Dokunsal geribildirimin temas edilen nesneleri tanimlamada çok önemli birrol oynadiği bilindiğinden, bu çalişmadaki amaç; protez elin nesnelerle olan temasindan ortaya çikan ivme sinyallerini, duyusal geri besleme olarak kullanmaktir. Bu sinyaller, haptik arayüz olarak kullanilan bir dokunucu sistem ile köprücük kemiğine uygulanmaktadir. Bu tez çalişmasinda öncelikle, farkli maddelere vurularak elde edilen ivme sinyallerinden bir kütüphane oluşturuldu. Vurma hizinin etkileri araştirildi ve gerçek zamanli uygulamalar için bir ölçekleyici olarak kullanildi. Temas ivmelerini modelleyebilmek için bir stokastik sinyal modeli geliştirildi. Her maddeden elde edilen sinyallerin birbirinden farkli dalgabiçimi olduğu göz önünde bulundurularak; ivme sinyallerindeki değişim hizi, nesnelerin sertliklerini tanimlayabilmek için kullanildi. Temas sinyallerinin gerçek zamanli kayit, tanimlama ve tekrar oynatilma aşamalari bir insan araştirmasiyla test edildi. Psikofiziksel araştirmanin sonuçlari, tasarlanan haptik sisteminin, ayirt edilebilir sertlik hislerini gerçek zamanli olarak verebildiğini göstermektedir.

Lack of the sense of touch is the fundamental problem of today's robotic prostheses.Considering the fact that touch feedback plays a significant role in identifyingcontacted objects, our aim in this study is to use acceleration signals, occurring dueto physical contact of a prosthetic hand with objects, as sensory feedback. We applythese signals on the clavicle bone using a tactor as a haptic interface. First, a libraryof the acceleration signals occurring as a result of tapping on different materials iscollected. Effect of the impact velocity is studied and used as a scalar for real-timeapplications. In order to model the contact accelerations, a stochastic signal model isdeveloped. Due to the distinct waveform characteristics of different materials, the rateof the change of acceleration (Jerk) response signals are used to identify the hardnessof the objects. In a human subject study, the whole procedure of recording, identifyingand replaying the signals by the tactor is studied. Results of the human subject studyshowed the ability of the designed tactor to provide distinguishable hardness sensationsof different materials in real time.