Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10567
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorNorsinnira Zainul Azlan, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorMd. Raisuddin Khan, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorShahrul Na'im Sidek, Ph.Den_US
dc.contributor.authorAhmed Mounis, Shawgi Younisen_US
dc.date.accessioned2021-05-20T00:54:50Z-
dc.date.available2021-05-20T00:54:50Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10567-
dc.description.abstractAssist-as-needed (AAN) robotic rehabilitation therapy promotes neural plasticity and motor coordination through active participation in functional task. The technique significantly improves recovery of lost neural function following neurological impairment such as stroke. A key component of this strategy is to provide robotic assistance to the patients only as it is needed. Thus, accurate estimation of the patients’ functional or movement ability (FA) is required to adequately evaluate the patients’ need for robotic assistance or the amount of assistance torque to be provided. However, several strategies have shown inconsistencies in their estimation techniques and often significantly influenced by interferences and disturbances from the robotic device, making them unsuitable for clinical applications. The previous methods are also not related to clinical assessment scales in clinical practice. This study proposes an assist-as-needed (AAN) control strategy for robotic rehabilitation based on a new formulated Functional Ability Index (FAI) which adequately estimates patients’ functional ability task. The formulated FAI starts with statistical normalization function (FAIN) and then extended to apply a z-spline curve (FAIs) to estimate patient’s movement ability based on the quality of movement (QoM) and the time score (TS) of the patient in each functional task. The approach is defined to be consistent with popular clinical method such as Wolf Motor Function Test (WMFT) and Action Research Arm Test (ARAT). A baseline low-level Linear Quadratic Gaussian (LQG) torque controller with integral action for robustness is integrated to the AAN controller to physically provide low-level torque assistance on the elbow and shoulder joint during reaching tasks. The overall strategy is automated by a hybrid finite state automaton to smoothly coordinate the patients’ activities. Simulation and experimental study have been conducted to validate the proposed AAN control strategy with the newly formulated FAI. Eighteen patients completed the experimental study which involves two clinical tasks: a pick-and-place reaching task (Task 1) involving shoulder adduction/abduction movement and a table-to-mouth task (Task 2) involving elbow flexion/extension movement. Results showed that the proposed FAI algorithm could estimate patients’ functional movement ability consistently with repeatability. And also allowing the proposed AAN control strategy to regulate the amount of torque assistance as needed, in accordance to the patients’ functional ability and following the clinical assessment scales. The average torque assistance across trials for the mild and severely disabled patients were found in the range 3% - 6% and 42% - 47% for Task 1, respectively; and in the range 9% - 14% and 48% - 55% for Task 2, respectively; which are consistent with their FAI. The results show that the proposed AAN control strategy with the newly formulated FAI can successfully provide the assistance torque as needed to the patients in accordance with their patient’s functional ability.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2020en_US
dc.titleAssist-as-needed control strategy for upper-limb rehabilitation based on subject's functional abilityen_US
dc.typeDoctoral Thesisen_US
dc.description.identityt11100427907ShawgiYounisAhmedMounisen_US
dc.description.identifierThesis : Assist-as-needed control strategy for upper-limb rehabilitation based on subject's functional ability /by Shawgi Younis Ahmed Mounisen_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeDoctor of Philosophy (Engineering)en_US
dc.description.abstractarabicتعتبر تقنية العلاج التأهيلي الذاتى باستخدام الربوت عند الحاجة مجالًا خصباً للبحث العلمى بغرض تعزيز مرونة الاعصاب والتنسيق الحركي بينها من خلال المشاركة الفعالة لاداء مهمتها الوظيفية بنجاح. وعليه فإن تقنية العلاج التأهيلي يمكنها أن تحسن بشكل ملحوظ من تنشيط الاعصاب لاداء وظائفها التى فقدتها من قبل نتيجة للضعف العصبى الناجم عن بعض الامراض أحياناً مثل السكتة الدماغية. ولهذا السبب فإن تقنية العلاج التأهيلي تعتبر أحد أهم المرتكزات الرئيسة لتنفيذ استراتيجية توفير المساعدة الآلية للمرضى ذوى الحالات الخاصة عند اللزوم. وبالتالي لتنفيذ هذه التقنية بنجاح، يلزم إجراء فحوصات دقيقة لمعرفة قدرة المرضى على مقدرتهم الوظيفية على الحركة ولتنفيذ ذلك يصبح إجراء تقييم كاف لحاجة المرضى إلى المساعدة الآلية بالإضافة لمعرفة عزم الدوران ضرورة ملحة ينبغى توفيرها لهم. وبالرغم من نجاح تلك التقنية الا ان العديد من الطرق/ الاستراتيجيات التى أستخدمت سابقاً كانت غير قادرة علي التناسق الياً سائداً بينها خاصة التقنيات المستخدمة لتقديرعزم الدوران/الحركة العصبية نتيجة لتأثرها بشكل كبير بالتداخلات والاضطرابات الناجمة عن الجهاز الآلي المستخدم. ولهذا السبب أقترحت هذه الدراسة تقنية إعادة التأهيل المساعدة حسب الحاجة بناءاً على وظيفة خدد النشاط الوظيفي الجديدة باستخدام الربوت التي يمكنها تقدير نشاط حركة اعصاب المرضى بشكل كاف لاداء مهمة وظيفية الاعصاب فضلاً عن تكيفها مع المساعده الالية عند حاجة المرضى لها. لمعرفة ذلك لابد من تطبيق تقنية خدد النشاط الوظيفي الجديدة باستخدام منحنى البعد الثلاثي لتقدير قدرة حركة المريض على أساس جودة الحركة والفترة الزمنية للمريض في كل مهمة وظيفية يريد القيام بها. للقيام بالمهمة التى يريدها عند الزمن المحدد يتم بتطبيق وحدة التحكم في عزم الدوران الخطي بالتوافق مع الجهد المبذول للتوليف بين خدد النشاط الوظيفي الجديدة بالاستفاده من الحركة الناجمة عن تحديد عزم الدوران الناجم عنها للمساعده فى تحديد عزم الدوران ذو المستوى المنخفض على مفصلى الكوع والكتف معاً أثناء التحقيق/ الوصول إلى اداء مهمتها الوظيفية. نفذت الإستراتيجية الشاملة من خلال تطبيق آلية هجينية محدودة الحالة للتنسيق بين أنشطة المرضى بسلاسة مع ملائمة مهامهم. حوالى ثمانية عشر مريضاً قد اشتركوا فى هذه التجربه مع اكمالها علماً بأنها تضمنت مهمتين اساسيتين :اولاهما هى مهمة الوصول من الجدول إلى الفم والتي تضمنت على حركة الانحناء/ بسط الكوع ومهمة اختيار المكان، اما المهمة الثانية تضمنت حركة التقريب/ الاختطاف في الكتف. علماً بأنه يتم تكرار كل مهمة في تسع تجارب من اجل الحصول على أمكانية تطبيق التجارب السريرية اعتماداً على الحركة الوظيفية. أظهرت النتائج أن النموزج الرياضى المستخدم اعتماداً على لوغريثم خدد النشاط الوظيفي الجديدة الالى المقترح يمكنها بالطبع من تقدير قدرة الحركة الوظيفية للمرضى بشكل متناسق مع تكرارها وبالتالى يمكن ان يسمح بتقديم المساعدة الآلية المناسبة للمرضى عند حاجتهم لاداء مهامهم/ وظائفهم. وبالتالي، يمكننا القول بأن وحدة التحكم هذه تتميز بالمساعدة عند عزم الدوران التى قدمت للمرضى عند الحاجة. ونتيجة لذلك تم العثور/الحصول على متوسط المساعدة عند عزم الدوران عبر تجارب المرضى شبه المعاقين وذوى الأعاقة الحرجة في مدى يتراوح بين 9٪ إلى 14٪ و 48٪ - 55٪ على التوالي للمهمة الاولى، مقارنة بالمهمة الثانية التى تتراوح في المدى المتوسط بين 3٪ - 6٪ و 42٪ - 47٪ على التوالي. وفى الختام، اظهرت النتائج ان الاستراتجية المقترحة ذات تقنية العلاج التأهيلي الذاتى باستخدام الربوت عند الحاجة مع قدرة الاطراف العليا الوظيفية للحركة المصاغة حديثا يمكن ان توفر بنجاح العزم المطلوب للمساعدة حسب الحاجة للمرضي وفقا لقدرة المريض الوظيفية.en_US
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2020.en_US
dc.description.physicaldescriptionxvii, 160 leaves : colour illustrations ; 30cm.en_US
item.openairetypeDoctoral Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
t11100427907ShawgiYounisAhmedMounis_24.pdf24 pages file1.18 MBAdobe PDFView/Open
t11100427907ShawgiYounisAhmedMounis_SEC.pdf
  Restricted Access
Full text secured file6.49 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
Show simple item record

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.