Design of an exoskeleton for hand rehabilitation after stroke

The impairment of finger movements after a stroke results in a significant deficit in hands everyday performances. To face this kind of problems different rehabilitation techniques have been developed, nevertheless, they require the presence of a tutor to be executed. To overcome this issue have been developed several apparatuses that allow the patient to perform the training by itself. Thus, an easy to use and effective device is needed to provide the right training and perform the rehabilitation techniques in the best way. In this paper, a review of the state of art in this field is provided, along with an introduction to the problems caused by a stroke and the consequences for the mobility of the hand. Then follows a complete review of the exoskeleton project design. The objective is to design a device that can be used at home, with a lightweight and affordable structure and a fast mounting system. For implementing all these features many aspects have been analysed, starting from the rehabilitation requirements and the ergonomic aspects. This device should be able to reproduce the training movements on an injured hand without the need of assistance by an external tutor. The control system is based on Arduino UNO® board and the user interface is based on UNITY®, the objective is to create an online media that allows the patient to exploit the capabilities of the exoskeleton, following the indication of its medic. On the other side, this interface should provide all the data related to the performances of the patient to allow a more precise therapy.

L’indebolimento nei movimenti delle dita della mano come conseguenza di un ictus provoca un sensibile deficit nelle prestazioni di tutti i giorni. Per andare incontro a questi problemi diverse tecniche di riabilitazione sono state sviluppate; tutte queste metodologie, tuttavia, richiedono l’assistenza di uno specialista per essere eseguite. Per aggirare queste problematiche sono state sviluppati dei dispositivi che permettono alla persona affetta da questi deficit di eseguire la procedura di riabilitazione da casa. Quindi, un dispositivo efficace e semplice da usare è necessario per fornire il giusto allenamento ed eseguire la riabilitazione nel migliore dei modi. In questa tesi viene presentata una revisione dello stato dell’arte insieme ad una introduzione ai problemi causati da un ictus e le conseguenze che possono avere nel caso specifico dell’indebolimento nei movimenti della mano. Quindi segue una rassegna completa della fase di progettazione dell’esoscheletro stesso. L’obiettivo è quello di sviluppare un dispositivo in grado di essere utilizzato da casa, con una struttura semplice ed economica e con un semplice sistema di montaggio. Per implementare queste caratteristiche sono stati considerati diversi aspetti, partendo da quelli necessari per la riabilitazione fino a quelli di ergonomia e comodità per l’utente. Il dispositivo deve essere in grado di riprodurre i movimenti su una mano indebolita senza la necessità di un tutor esterno. Il sistema di controllo è basato su Arduino UNO e l’interfaccia utente su UNITY, l’obiettivo ultimo è di sviluppare un tramite online che permetta al paziente di sfruttare tutte le capacità dell’esoscheletro, secondo le indicazioni del medico curante.