Development of a Novel Hand Exoskeleton for the Rehabilitation and Assistance of Upper Motor Neuron Syndrome Patients

Hand exoskeletons are wearable robotic devices which are used to compensate for impaired handmovements in patientswith impaired upper-limbs. These devices can either help patients to grasp objects for a therapeutic purpose or to performactivities of daily living. This Thesis describes the development of a novel hand exoskeleton, with a focus on the user, based on the product development methodology "the V-Model". Therefore, user needs are identified through interviews and a thorough literature review. Three potential concepts are developed and sub-sequential a concept is selected based on a logical decision process. A mathematical model of the selected concept is generated and then used for dimensioning the hand exoskeleton. Moreover, three variants of the hand exoskeleton are built as prototypes. Finally, the variants of the device are tested on a bench top. The result of the development process is a novel hand exoskeleton for the rehabilitation of upper motor neuron syndrome patients. Force and range of motion tests revealed, that a design with a higher level of underactuation is favourable. The design presented in this thesis does not reach the defined range of motion and force augmentation. However, the defined target values are the results of a conservative approach, thus are a challenge to reach. The augmented closing force and range of motion surpass other state of the art hand exoskeletons. Nevertheless, the augmented opening force under-performs in comparison with other designs. Decisively, a validation with users is needed for a usability assessment.Exoskelett för händer är robotiska hjälpmedel som kan användas för att kompensera nedsatt muskelstyrka och rörlighet hos patienter med nedsatt muskelfunktion i armarna. Dessa hjälpmedel kan hjälpa patienter att greppa föremål i ett terapeutiskt syfte eller för att utföra vardagliga sysslor. Examensarbetet beskriver utvecklingsarbetet av ett nytt exoskelett med fokus på användaren genom att tillämpa produktutvecklingsmotodikens V-modell. Användarens krav och behov identifieras genom intervjuer och en gedigen litteraturstudie. Tre koncept utvecklas och ett vidareutvecklat koncept väljs slutligen baserat på en logisk beslutsprocess. En matematisk modell genereras och används för att dimensionera exoskelettet. Dessutom tillverkas tre prototyper av exoskelettet i olika utföranden för att slutligen utvärderas i en testrigg. Resultatet av utvecklingsprocessen är ett nytt handexoskelett ämnat för rehabilitering av patienter med övre motorneuronsjukdom. Tester som genomfördes för att mäta Kraft och rörlighet visade att en design med en högre grad av underaktuering är gynnsamt. Designen som presenteras här når inte upp till de krav som ställs på kraft och rörlighet, de målvärden som definieras är dock baserade på ett konservativt synsätt och är därmed svåra att uppnå. Exoskelettet producerar en högre stängningskraft och uppvisar bättre rörlighet än andra toppmoderna exoskelett. Exoskelettet underpresterar dock vad gäller den producerade öppningskraften jämfört med andra modeller och designen behöver valideras hos användarna för att användarbarheten ska kunna bestämmas