Application of wireless, embedded microcontroller circuit for a semi-active above-knee prosthesis with pneumatic cylinder

Abstract

Özetçe-Bu çalışma, Hacettepe Üniversitesi BiyomedikalAraştırma Laboratuvar'ı bünyesinde geliştirilen yarı-etkin diz üstü pnömatik silindirli protezin mikrodenetleyici biriminin veri toplama, kablosuz olarak veri aktarma ve performans sonuçlarını sunmaktadır. Bu amaçla gömülü mikrodenetleyici tabanlı bir veri alma ünitesi geliştirilmiş ve bu birim yürüyüşün evrelerine göre kendini uyumlandırabilme özelliğine sahip olacak şekilde programlanmıştır. Ayrıca protez hız değişimlerine anlık olarak tepki vererek içerisindeki silindire en uygun sertlik seviyesini bir adım motoru vasıtası ile atamaktadır. Sistem, yürüyüşün hangi evresinde bulunulduğunu ve yürüyüşün hangi hızla gerçekleştirildiğini baldıra yerleştirilen bir adet duyarga sinyali üzerinden tespit etmektedir. Kart üzerinde yapılan testler ve duyarga verileri üzerinden yürüyüş performanslarının ölçülmesi kablosuz Bluetooth birimi ile gerçekleştirilmiştir. Kinematik verilerin normal ve protezli yürüyüşler için sorunsuz kayıt edilebildiği gösterilmiştir.Abstract-This study presents the embedded microcontoller of data acquisition unit, performance analysis, and wireless data transfer capability of the semi active above knee joint with pneumatic cylinder developed in Hacettepe University Biomedical Research Laboratory. For this purpose an embedded microcontroller based data acquisition card has been designed and programmed in order to have an adaptive capability for coping with different phases of the gait. This prosthesis also responses the instantaneous gait velocity alterations and it adjusts the damping variable of the pneumatic cylinder via a stepper motor. System detects the related gait phases and gait velocities from the signal of inertial measurement unit (IMU). Printed board tests and gait performance evaluation tests are conducted with associated Bluetooth wireless transfer unit. It has been shown that the kinematic variables have been measured and analyzed successfully by this embedded wireless system.