KINEMATIC ANALYSIS of a THUMB-EXOSKELETON SYSTEM for POST STROKE REHABILITATION By
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
KINEMATIC ANALYSIS OF A THUMB-EXOSKELETON SYSTEM FOR POST STROKE REHABILITATION By Vikash Gupta Thesis Submitted to the Faculty of the Graduate School of Vanderbilt University in partial fulfillment of the requirements for the degree of MASTER OF SCIENCE in Mechanical Engineering August, 2010 Nashville, Tennessee Approved: Professor Nilanjan Sarkar Professor Derek Kamper Professor Robert Webster III ACKNOWLEDGEMENTS I will like to extend my sincere thanks to Dr. Nilanjan Sarkar for his continuous support and guidance, for his encouragement and advice throughout my studies. He has always been a source of inspiration for me. I would also like to thank Dr. Derek Kamper from Rehabilitation Institute of Chicago, for providing valuable comments on the thesis and being supportive throughout the research. My deep gratitude and sincere thanks goes to my parents and my sister, Swati Gupta. Their invaluable support, understanding and encouragement from far home has always helped me to continue my research. I would also like to thank Hari Kr. Voruganti, Mukul Singhee, Abhishek Chowdhury, Sayantan Chatterjee and Raktim Mitra for their support. My sincere thanks goes to Nino Dzotsenidze, who has always supported and believed in me and helped me make the right decisions at all times. Without her support and encouragement, it would have not been possible. I would also like to thank and express my sincere gratitude to my colleagues and friends Milind Shashtri, Furui Wang, Yu Tian, Jadav Das and Uttama Lahiri at Robotics and Autonomous Systems Laboratory for their support. Last but not the least, I want to express my humble thanks and appreciation to Suzanne Weiss from the Mechanical Engineering department for always being supportive. I would also like to thank Liz Leis, from the Graduate School at Vanderbilt University for helping me in formatting the thesis and put it in the final shape. ! ""! #$%&!'(!($)*+,%! ! ("-./0!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!12-0! 34!!!!!!!!("5067"89!:;<07!;=!>?.:@44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444A! B4!!!!!!!!&?.:@!2@<.C>";8!>;!2<<.C>";8!D+"-?>!?28<E44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444F! G4!!!!!!!!&?.:@!0H>08I";8!>;!=70H";8!D+"-?>!?28<E444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3J! K4!!!!!!!!*>2?6L$&!<0H>0/;.I!?28<4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3B! M4!!!!!!!!1/;>;>NO0!;=!?28<!0H;I9070>;8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3K! P4!!!!!!!!,H;I9070>;8!-7;50!=;/!O2/27NQ0<!?28<I 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3M! A4!!!!!!!!&?.:@!28<!0H;I9070>;844444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3R! R4!!!!!!!!*8"50/I27!S;"8>444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3F! F4!!!!!!!!1/;>;>NO0!;=!>?0!0H;I9070>;84444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 BJ! 3J4!!!!!&?.:@!0H;I9070>;8!2II0:@7N!T">?!=70H"@70!I?2=>I4444444444444444444444444444444444444444444444444444444 B3! 334!!!!!U;8>/;7!=7;T!<"2-/2:!T">?!;O0867;;O!C;8>/;74444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GK! 3B4!!!!!&/2S0C>;/N!;=!>?0!>?.:@6>"O4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GM! 3G4!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!:0>2C2/O27!@;80444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GP! 3K4!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!O/;H":27!O?2728-044444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GP! 3M4!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!<"I>27!O?2728-0444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GA! 3P!!!!!!V2/"2>";8!;=!S;"8>!28-70I!;=!>?.:@ 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GR! 3A4!!!!!V2/"2>";8!;=!2C>"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GR! 3R4!!!!!V2/"2>";8!;=!O2II"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 GF! 3F4!!!!!U;8>/;7!=7;T!<"2-/2:!=;/!U#$W44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KB! BJ4!!!!!&/2S0C>;/N!;=!>?0!>?.:@6>"O!DU#$WE 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KG! ! """! B34!!!!!!U;850/-08C0!;=!0//;/I!"8!XY!Z!28<![!<"/0C>";8I 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KK! BB4!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!L0>2C2/O27!I0-:08> 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KM! BG4!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!O/;H":27!O?2728-0 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KM! BK4!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!<"I>27!O?2728-044444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KP! BM4!!!!!!V2/"2>";8!;=!S;"8>!28-70I!;=!>?.:@ 44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KA! BP4!!!!!!V2/"2>";8!;=!2C>"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;844444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KA! BA4!!!!!!V2/"2>";8!;=!O2II"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;844444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 KR! BR4!!!!!!+0<.8<28CN!/0I;7.>";8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MG! BF4!!!!!!&/2S0C>;/N!;=!>?0!>?.:@6>"O!"8!U2/>0I"28!IO2C0 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MK! GJ4!!!!!!U;850/-08C0!;=!0//;/I!"8!>?0!<0I"/0<!28<!2C>.27!>/2S0C>;/N444444444444444444444444444444444444 MM! G34!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!:0>2C2/O27!I0-:08>444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MP! GB4!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!O/;H":27!O?2728-0 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MP! GG4!!!!!!,//;/I!"8!C;8I>/2"8>I!;8!<"I>27!O?2728-044444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MA! GK4!!!!!!!V2/"2>";8!;=!S;"8>!28-70I!;=!>?0!>?.:@444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MR! GM4!!!!!!!V2/"2>";8!;=!2C>"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;84444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MF! GP4!!!!!!!V2/"2>";8!;=!O2II"50!S;"8>!28-70I!;=!0H;I9070>;84444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 MF! GA4!!!!!!!U;:O2/"I;8!;=!S;"8>!28-70I!;=!>?.:@!D3;=!BE4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 PJ! GR4!!!!!!!U;:O2/"I;8!;=!S;"8>!28-70I!;=!>?.:@!DB!;=!BE444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 P3! !!!!! ! "5! &\]#,!'(!U'^&,^&%! ! 12-0! \UW^'_#,`),L,^&%44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444""! #$%&!'(!($)*+,%444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444"""! Ua\1&,+! !!!!!!!!$4!!!!!!!!!!$^&+'`*U&$'^444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444443! !!!!!!!!1/;@70:!%>2>0:08>44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444G! !!!!!!!!'50/5"0T 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444G! !!!!!!!!$$4!!!!!!!!#$&,+\&*+,!%*+V,Z 44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444K! !!!!!!!!L;<07"8-!>?0!>?.:@ 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444K! !!!!!!!!`0IC/"O>";8!;=!>?.:@!:;>";8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444F! !!!!!!!!!!!!!!!\<<.C>";86\@<.C>";844444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444F! !!!!!!!!!!!!!!!(70H";86,H>08I";8444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3J! !!!!!!!!+28-0!;=!:;>";8!;=!>?.:@ 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3J! !!!!!!!!,H"I>"8-!/0?2@"7">2>";8!<05"C0I 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 33! !!!!!!!!!$$$4!!!!!`,%$)^!'(!,X'%W,#,&'^44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3A! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!L0C?28"C27!<0I"-84444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3A! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!`0I"-8!;=!2>>2C?:08>4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 3F! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!&/28I:"II";8 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 B3! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\7"-8"8-!>?0!2H0I!;=!>?.:@!28<!>?0!0H;I9070>;8!2>!ULU444444444444444444444444 B3! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!`a6O2/2:0>0/I!=;/!0H;I9070>;8 444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 BB! ! !!!!!!!!!$V4!!!!!!W$^,L\&$U!\^\#Z%$%!'(!U'*1#,`!! !!!!!!!,X'%W,#,&'^6&a*L]!%Z%&,L44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 BK! !!!!!!!!(;/T2/<!9"80:2>"CI