Bakgrund: Exoskeletten uppfanns för användning inom militären, men forskning och utveckling av den här robottekniken har öppnat en möjlighet även till användning i rehabiliteringssyfte. Syfte: Att beskriva exoskelett för övre extremitet, ändamålet till vilket dessa används inom rehabilitering för personer med fysiska funktionsnedsättningar, samt värdet av att använda dem. Metod: Systematisk litteraturstudie. De databaser som användes var Amed, Cinahl och Medline. Genom en kombination av olika sökord resulterade sökningen i 11 artiklar som inkluderades i studien. Resultat: Åtta olika exoskelett togs med i uppsatsen. Ändamålet med de flesta exoskeletten var i huvudsak att assistera terapeuten i träning av hand och arm medan ett exoskelett användes i studier som handlade om att underlätta för användaren vid dennes ADL-utförande. Användningen av exoskeletten visade en övergripande förbättrad förmåga i bland annat motorik, rörelseomfång, muskelstyrka, reducering av tremor och i utförandet av dagliga aktiviteter. De flesta studier som handlar om exoskelett är förstudier inför större, kliniska studier. Slutsats: Att använda sig av exoskelett är en potentiell och effektiv rehabiliteringsmetod som ger möjlighet till större självständighet hos individerna. Viss utveckling krävs för ökad bekvämlighet och alla exoskelett är under vidareutveckling. Kvaliteten på materialet är medelmåttligt, varvid resultatet bör läsas med viss förbehållsamhet.

Bakgrund: Stroke drabbar miljontals människor världen över varje år och medför ofta ensidiga motoriska nedsättningar som allvarligt reducerar förmågan till självständighet i vardagen. Fysioterapin efter stroke sker därför vanligen genom uppgiftsorienterad träning riktad mot att rehabilitera den motoriska förmågan på den affekterade sidan så att patienten kan återgå till ett självständigt liv. Men processen ställer stora krav på patienten som inte alltid kan förväntas uppnå bästa resultat med sin rehabilitering. Därför forskas det alltmer på innovativa teknologiska hjälpmedel med potential att assistera strokepatient såväl som fysioterapeut i rehabiliteringen. Exoskelett och hjärndatorgränssnitt (BCI) är två sådana hjälpmedel som undersöktes i denna studie. Syfte: Studien hade syftet att sammanställa det vetenskapliga stödet för tillämpning av BCI-styrda exoskelett (BCI-Exo) vid rehabilitering av motorisk arm- och handfunktion efter stroke i dess subakuta samt kroniska fas. Metod: Litteratursökningar utfördes i databaserna PEDRO, PUBMED, AMED och CINAHL vilket gav 22 träffar som efter granskning och sållning resulterade i att fyra artiklar inkluderades i studien. Resultat: Samtliga studier redovisade statistiskt signifikanta förbättringar av motorisk handfunktion i interventionsgruppen jämfört med kontrollgruppen utifrån de utfallsmått som tillämpades. Konklusion: Resultatet indikerade att BCI-Exo kan främja återhämtning och neuroplasticitet för strokepatienter oavsett vilken fas de infinner sig i. Dock är teknologin fortfarande relativt ny varvid fler studier behöver utföras för att bättre specificera och förstå för- och nackdelar jämfört med konventionella behandlingsmetoder. / Background: Stroke affects millions of people around the world each year and often results in unilateral motor impairments that severely reduce the ability for independence in everyday life. Physiotherapy after stroke is therefore usually performed through task-oriented training aimed at rehabilitating the motor functional ability of the affected side so that the patient can return to an independent life. But the process places great demands on the patient who cannot always be expected to achieve the best results from their rehabilitation. Therefore, innovative technologies are increasingly being researched with the potential to assist stroke patients as well as physical therapists in the rehabilitation process. Exoskeletons and brain-computer interfaces (BCI) are two such rehabilitative tools that were investigated in this study. Objective: The study aimed to compile the scientific support for the use of BCI-controlled exoskeletons (BCI-Exo) in motor functional arm and hand rehabilitation after stroke in its subacute and chronic phase. Method: Literature searches were conducted in the databases PEDRO, PUBMED, AMED and CINAHL, which resulted in 22 hits which, after review and screening, resulted in four articles being included in the study. Results: All studies reported statistically significant improvements regarding motor function in the hemiplegic hand in the intervention group compared to the control group based on the outcome measures used. Conclusion: The results indicated that BCI-Exo can promote recovery and neuroplasticity after stroke regardless of its phase. However, the technology is still in its early stages and more studies need to be performed to better specify and understand the advantages and disadvantages compared to conventional treatment methods.

Denna rapport omfattar ett examensarbete skriven för Husqvarna AB av Hugo Klippfors och Olle Frank. Arbetet ägde rum under vårterminen 2023 på Jönköpings Tekniska Högskola. Examensarbetet är den avslutande delen på skribenternas högskoleingenjörsutbildning inom maskinteknik med inriktning produktutveckling och design.Under de senaste åren har aktiviteten på marknaden kring exo-skelett ökat. Både passiva och aktiva exo-skelett till flera olika marknader som logistik, hantverk och inommedicinbranschen existerar, där ett exo-skeletts funktion är att ge ergonomiskt stöd åt muskler och leder. Skogshuggare är ett yrke som är drabbat av bland annat ländryggsbesvär och trots att motorsågar ändrat design och vikten blivit lättare med åren, har besvären kvarstått. Det finns därför behov av förändring på marknaden. På Chalmers tekniska högskola skrevs 2022 ett examensarbete i samarbete med Husqvarna. Målet var att undersöka om exo-skelett skulle kunna minska risken för skador och ett koncept togs fram. Lösningen i fråga tas vid i detta examensarbete, med målet att utvärdera konceptet samt utveckla en prototyp, för att Husqvarna ska kunna utvärdera om detta är något för deras framtida sortiment.Rapporten följer metoder med en produktutvecklingsprocess som innefattar planering, förstudie, produktframtagning, utvärdering med konceptval samt prototypframtagning. Processens metoder och bakomliggande teorier definieras i rapportens gång, som sedan ligger till grund för slutresultatet. De krav och begränsningar som produkten ska utgå ifrån har tagits fram tillsammans med Husqvarna. Detta genom en marknadsanalys ochett antal fokusgrupper som har hållits tillsammans med grupper som Quality Assurance på företaget. Även intervjuer har hållits, samt en konkurrents produkt har testats och evaluerats.Arbetet resulterar slutligen i en färdig prototyp som avlastar ländryggen vid framåtlutande bål. Prototypen ska kunna testas ute i fält av skogshuggare och vidareutveckling för Husqvarna ges förslag på.

The topic area of this bachelor’s thesis is mechatronics. The thesis explores how grip strength can be increased through the use of an exoskeleton. This was done by making an exoskeleton that was powered by pneumatics. This thesis features the design and construction process of making a pneumatic exoskeleton. This includes research, methods and results of the project. The requirements for the exoskeleton was to increase grip strength and make the device safe to use. Both of these requirements were achieved. After completing the project it was also apparent that geometry and the layout of exoskeletons are important as this directly impacts the transfer of forces. It was also found that having a weight distribution that takes advantage of stronger body parts is important to make the use of the exoskeleton comfortable. However this prototype was also limited in the range of motion and was somewhat unreliable. / Ämnesområdet för denna kandidatuppsats är mekatronik. Avhandlingen undersöker hur greppstyrkan kan ökas genom användning av ett exoskelett. Detta gjordes genom att tillverka ett exoskelett som drevs av pneumatik. Denna avhandling beskriver design- och konstruktionsprocessen för att tillverka ett pneumatiskt exoskelett. Detta inkluderar forskning, metoder och resultat av projektet. Kraven på exoskelettet var att öka grepp styrkanoch göra exoskelettet säker att använda. Båda dessa krav uppfylldes. Efter att ha avslutat projektet var det uppenbart att geometrin och utformningen av exoskelett är en viktig del eftersom detta direkt påverkar kraftöverföring. Man fann också att det är viktigt att ha en viktfördelning som drar fördel av starkare kroppsdelar för att göra användningen av exoskelettet bekväm. Men denna prototyp var också begränsad i rörelseomfånget och varopålitlig.

Denna rapport omfattar en redogörelse för ett examensarbete genomfört påuppdrag av en ledande aktör inom skogsindustrin författad av Drilon Ibishi ochJohan Bertilsson våren 2024. Rapporten representerar den avslutande fasen påingenjörsutbildningen inom maskinteknik med inriktning produktutveckling &design på Jönköpings Tekniska Högskola (JTH).Rapporten utgör en vidareutveckling av två tidigare examensarbeten som utfördesunder 2022 och 2023, med samma företag som uppdragsgivare. Dessa tidigareprojekt hade fokus på utveckling av ett passivt exo-skelett. Detta arbete bygger påatt vidareutveckla det passiva exo-skelettet till ett aktivt. Ett exo-skelett är etttillbehör till människan som inte bara syftar på att förebygga skador utan ävenunderlätta lyft av tunga föremål utan risk för skador. Exo-skelettet i denna rapportär inriktad på skogsarbete och syftar på att avlasta ländryggen.Marknaden för exo-skelet har under de senare åren ökat markant. Främst inomområden som byggbranschen, lagerarbete och sjukvården. En av de mest utsattaarbetsgrupperna när det kommer till ryggproblem är skogshuggare. I dagslägetfinns det inga exo-skelett anpassat för skogshuggare, vilket gör att skogsindustrininte kan ta del av denna marknad för tillfället.I rapporten följs en strukturerad produktutvecklingsprocess som innefattarplanering, förstudie, konceptframtagning samt utvärdering av dessa koncept.Genom marknadsanalys, fokusgrupper, intervjuer och utvärdering avkonkurrenters produkter har krav definierats tillsammans med företagets QualityAssurance. Detta för att säkerställa att det resulterande konceptet är anpassat förmarknadens behov.Arbetet har resulterat i ett koncept och en demokonstruktion som senare skallligga till grund för en kommande vidareutveckling och framtagning av en produkt.

Humans use their hands on a daily basis, and they are a fundamental part of our lives both in terms of our work and our everyday activities. One of the key things that our hands allow us to do is grab onto objects. Unfortunately however, sometimes this ability to grab onto things becomes weakened, for example due to old age or diseases such as arthritis. This project was aimed to see if mechatronic engineering could be implemented to remedy this problem, while maintaining good accessibility and design. The resulting solution was a glove with pressure sensors and an integrated pulley system, which would provide a pulling force on the fingers and allow the user to get a reinforced grip on objects. A key factor in this design was to provide adequate function, without compromising form, i.e making the glove easy to wear and not clunky. The resulting glove provided substantial support to the test subjects grip strength, and presented a valid way to counteract their weekend state. However, the form was still considered too clunky and not efficient enough to warrant daily use. For future work, alternative pulley systems might be a valid option to slim down the glove and make it more accessible. Collaborating with people from the mechatronics industry, specifically those geared towards human augmentation, may also be beneficial to those with lacking experience or connections in the subject area. Conducting research specifically about what is considered “easy to use” may also be necessary to further solidify any changes in design. / Människor använder sina händer vardagligen, och de är en fundamental del av våra liv vad gäller både vardagssysslor och arbete. En av de viktigaste funktionerna våra händer utgör är att de tillåter oss att greppa tag i saker. Tyvärr händer det dock att denna förmåga försvagas exempelvis på grund av ålder eller sjukdomar såsom artros. Detta projekt var ämnat att se om en mekatronisk lösning kunde användas för att åtgärda detta problem, utan att göra uppoffringar vad gäller enkel design och tydlig form. Resultatet var en handske med trycksensorer och en integrerad motor som erbjöd en dragande kraft i fingrarna och ett förstärkt grepp. Den resulterande handsken erbjöd tillfredsställande support till testpersonerna greppstyrka och visade sig vara en rimlig lösning på de problem som individens artros ställt till med. Dessvärre ansågs formen fortfarande lite för otymplig och svårhanterad för att tillfredsställa önskemålen i den aspekten. För fortsatt arbete kan en annorlunda integration av motorn vara ett rimligt alternativ för att slimma ner handsken. Samarbete med företag inom robotik och mänskliga proteser kan också vara gynnsamt, speciellt för de med liten erfarenhet eller med fåtal kontakter inom testområdet. Tydligare efterforskning på vad som är “enkelt att använda” kan också leda designen i en bättre riktning.

Robotic arms and hands come in all shapes and sizes, they can be general purpose or task-specific. They can be pre-programed by a computer or controlled by a human operator. There is a certain subsection of robotic hands which try to mimic the shape, movement and function of the human hand, these are sometimes known as biomimetic robotics. This project explores the human robot interaction by creating an anthropomorphic robotic hand with an accompanying exoskeleton. The hand, which consists of a 3D-printed body and fingers, is connected to a forearm where the servos that control the fingers are housed. The exoskeleton connects to the operator's hand allowing finger tracking through a set of potentiometers. This setup allows the operator to intuitively control a robotic hand with a certain degree of precision. We set out to answer research questions in regard to the form and function of a biomimetic hand and the exoskeleton. Along the way, a multitude of problems were encountered such as budgetary issues resulting in only half the fingers having movement. Despite this, good results were gathered from the functioning fingers and our research questions were answered. / Robotarmar och händer finns många former och storlekar, de kan vara för allmänna ändamål eller uppgiftsspecifika. De kan programmeras av en dator eller styras av en mänsklig operatör. Det finns en viss typ av robothänder som försöker efterlikna formen, rörelsen och funktionen hos den mänskliga handen, och brukar kallas biomimetisk robotik. Detta projekt utforskar interaktionen mellan människa och robot genom att skapa en antropomorf robothand med tillhörande exoskelett. Handen, som består av en 3D-printad kropp och fingrar, är ansluten till en underarm där servormotorerna som styr fingrarna sitter. Exoskelettet ansluts till operatörens hand vilket möjliggör spårning av fingrarnas rörelse genom ett antal potentiometrar. Detta tillåter operatören att intuitivt styra en robothand med en viss grad av precision. Vi valde att besvara ett antal forskningsfrågor med avseende på form och funktion av en biomimetisk hand och exoskelettet. Under projektets gång påträffades en mängd problem såsom budgetproblem som resulterade i att bara hälften av fingrarna kan kontrolleras. Trots detta fick vi bra resultat från de fungerande fingrarna och våra forskningsfrågor kunde besvaras.

In this bachelor’s thesis, the development and construction of a soft exoskeleton for a human hand is described.The purpose of the project includes evaluating what type of exoskeleton that is most suitable for aiding the user inactivities of daily living and how this exoskeleton can be constructed in order to increase grip strength in the human hand. In addition, the prototype should be portable and not inflict any harm on the user. The necessary theoretical research is thoroughly conducted followed by the construction of the final prototype. The purpose of the project is achieved, resulting in a flexible, portable and safe exoskeleton which with satisfaction can aid the user in its activities of daily living. However, this prototype is limited to exclusively include the thumb and index finger, and in further work the prototype can be developed to include all five fingers of the human hand. / I detta kandidatexamensarbete behandlas utvecklingen och konstruktionen av ett mjukt exoskelett för den mänskliga handen. Syftet med projektet är att undersöka vilken typ av exoskelett som passar bäst för att hjälpa användaren med aktiviteter i det dagliga livet, samt hur detta exoskelett kan konstrueras för att förstärka greppet i handen. Prototypen ska även vara bärbar och inte skada användaren. Den nödvändiga teorin presenteras, följt av konstruktionen av den slutgiltiga prototypen. Syftet med projektet uppfylls och resulterar i ett flexibelt, portabelt och säkert exoskelett som kan hjälpa användaren med aktiviteter i det dagligalivet. Dock är denna prototyp begränsad till att endast inkludera styrning av tummen och pekfingret, och prototypenkan således i framtida arbeten utvecklas till att inkludera samtliga fem fingrar på den mänskliga handen.

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.

With the advancement of technology, innovative control measures have been introduced to mitigate the risk of work-related musculoskeletal disorders (WMSDs). Among these measures, wearable passive exoskeletons have emerged as promising solutions for addressing WMSDs. Previous studies have demonstrated the effectiveness of wearable passive exoskeletons for improving awkward postures and reducing muscle workload in tasks involving neck extension, limbs, and back. However, the effectiveness of newly developed industrial exoskeletons designed for neck flexion remains uncertain. This study aimed to evaluate the neck exoskeleton's effects on muscle activities and work postures, by comparing the working conditions of floor workers wearing and not wearing these devices. Six subjects were recruited for field measurements. Muscle activity of the neck extensors, as well as the forward inclination angle of the head and trunk, were assessed during the measurements. Data comparison between wearing and not wearing the neck flexion exoskeleton was conducted using the related samples Wilcoxon signed-rank test. Spearman’s rank correlation coefficient was utilized to analyze the correlation between different parameters while wearing the neck flexion exoskeleton. The results showed that compared to not wearing the exoskeleton, wearing the neck flexion exoskeleton significantly reduced muscular activity at the 10th percentile (p=0.028), 50th percentile (p=0.028), and 90th percentile (p=0.028). Wearing the neck flexion exoskeleton also reduced the 10th percentile (p=0.028) and 90th percentile (p=0.046) of the head angle, and the neck angle at the 50th percentile (p=0.028) and 90th percentile (p=0.028). Additionally, the trunk angle was significantly higher with the exoskeleton at the 50th percentile (p=0.046) and 90th percentile (p=0.027). The correlation analysis when wearing the exoskeleton revealed a negative correlation between neck angle and trunk angle at the 10th percentile (r=-0.829, p=0.021). Additionally, a significant negative correlation was found between neck angle and trunk angle at the 90th percentile (r=-0.943, p=0.002), as well as between head angle and trunk angle at the 90th percentile (r=-0.829, p=0.021). Moreover, a strong negative correlation was observed between RMS and head angle at the 50th percentile (r=-0.771, p=0.036) and 90th percentile (r=-0.829, p=0.021). In conclusion, the results show that wearing neck flexion exoskeletons during actual work tasks among floor layers reduces neck extensor muscle activity, excessive neck flexion, and forward head inclination, and it may lead to an increase in forward trunk inclination, without influencing work efficiency. / trätt som en möjlighet för att minska risken för WMSD. Tidigare studier har visat att bärbara passiva exoskelett är effektiva för att minska belastningen vid besvärliga arbetsställningar och minska muskelbelastningen vid arbetsuppgifter som involverar nackextension, extremiteter och rygg. Dock är effektiviteten av nyligen utvecklade industriella exoskelett designade för nackflexion fortfarande osäker. Denna studie syftade till att undersöka effekten av ett nackflexionsexoskelett, med avseende på muskelbelastning och arbetsställningar hos golvarbetare. Sex försökspersoner rekryterades för fältmätningar. Muskelaktiviteten hos nackextensorerna, samt framåtlutningsvinkeln av huvudet och bålen, mättes under arbetet. Statistisk jämförelse mellan att bära och inte bära nackflexionsexoskelettet utfördes med hjälp av Wilcoxon signed-rank test för relaterade prover. Spearman rangkorrelationskoefficient användes för att analysera korrelationen mellan olika parametrar när nackflexionsexoskelettet bars. Resultaten visade att exoskelettet signifikant minskade muskelaktiviteten ; vid 10:e percentilen (p=0.028), 50:e percentilen (p=0.028) och 90:e percentilen (p=0.028). Vidare minskade även huvudvinkeln signifikant, 10:e percentilen (p=0.028) och 90:e percentilen (p=0.046) av, liksomnackvinkelns 50:e percentilen (p=0.028) och 90:e percentilen (p=0.028). Bålvinkeln, däremot, var signifikant högre med exoskelettet både vid 50:e percentilen (p=0.046) och 90:e percentilen (p=0.027). Korrelationsanalysen avslöjade en negativ korrelation mellan nackvinkel och bålvinkel vid 10:e percentilen (r=-0.829, p=0.021) när exoskelettet bars. Dessutom var det en signifikant negativ korrelation mellan nackvinkel och bålvinkel vid 90:e percentilen (r=-0.943, p=0.002), samt mellan huvudvinkel och bålvinkel vid 90:e percentilen (r=-0.829, p=0.021) när exoskelettet bars. Dessutom observerades en stark negativ korrelation mellan muskelaktivitet och huvudvinkel vid 50:e percentilen av de båda måtten (r=-0.771, p=0.036) och vid 90:e percentilen (r=-0.829, p=0.021) när exoskelettet bars. Sammanfattningsvis visar resultaten att användning av nackflexionsexoskelett under faktiska arbetsuppgifter bland golvläggare minskar nackextensorernas muskelaktivitet, nackflexion och framåtlutning av huvudet, samt ökar framåtlutningen av av bålen utan att påverka arbetseffektiviteten.