Test bench for the development and validation of advanced prosthesis control and actuation design strategies

The amputation of the upper extremities greatly affects an individual’s life. Upper-limb prosthetics might have a significant impact on amputees, although abandonment rates are still high. The work of this thesis, located within the promising and evolving context of myoelectric upper-limb prosthesis, is about the development of a bench test for the validation of new control strategies and actuation designs. It consists of a scalable and modular system that users can employ for testing different prosthesis solutions with simple firmware adjustments. The project includes three main parts: hardware, firmware, and software. For the first part, the hardware design of a Bluetooth breakout is carried out. Regarding the firmware, two different control strategies are implemented in the microcontroller: direct control and pattern recognition. Lastly, the software consists of a LabVIEW user interface that connects to the prosthesis control unit for changing control settings via Bluetooth connection. The successful technical and functional validation of the hardware, firmware, and software components validates the functioning of the proposed system. Even if additional implementations and future developments should be made, the described system represents a starting point for improving technological solutions and promoting progress in the field of prosthetics.

L'amputazione dell'arto superiore influisce notevolmente sulla vita dell'individuo. L'utilizzo di protesi potrebbe avere un impatto significativo sulle persone amputate, ciò nonostante i tassi di abbandono sono ancora molto elevati. Questo lavoro di tesi, che si colloca nel contesto promettente e in continua evoluzione delle protesi mioelettriche di arto superiore, riguarda lo sviluppo di un banco di prova per la validazione di nuove strategie di controllo e il test di nuovi design di attuatori. Si tratta di un sistema scalabile e modulare utilizzabile dagli utenti per testare diversi tipi di protesi con semplici modifiche del firmware. Il progetto comprende tre parti principali: hardware, firmware e software. Per la prima parte, è stato progettato l'hardware di una breakout per Bluetooth. Per il firmware del microcontrollore, sono state implementate due diverse strategie di controllo: il controllo diretto e la pattern recognition. Infine, per la parte software, è realizzata tramite LabVIEW un'interfaccia utente che consente di collegarsi via Bluetooth all'unità di controllo della protesi per modificare le impostazioni di controllo. Il successo della validazione tecnica e funzionale dei componenti hardware, firmware e software conferma il corretto funzionamento del sistema. Anche se ulteriori implementazioni potrebbero essere sviluppate, il sistema descritto è un buon punto di partenza per il miglioramento delle soluzioni attuali e per promuovere il progresso nel campo della protesica.