Biyomekanik ve rehabilitasyon uygulamaları için düşük maliyetli kablosuz pedal kuvveti ölçüm sisteminin tasarımı ve validasyonu
Design and validation of a low-cost wireless pedal force measurement system for biomechanics and rehabilitation applications
- Tez No: 1003605
- Danışmanlar: DOÇ. DR. UĞUR FİDAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizyoterapi ve Rehabilitasyon, Bilim ve Teknoloji, Physiotherapy and Rehabilitation, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Biyomekanik, Alt ekstremite rehabilitasyonu, Pedal kuvveti simetrisi, Gerçek zamanlı izleme, Kinetik değerlendirme, Biomechanics, Lower-limb rehabilitation, Pedal force symmetry, Real-time monitoring, Kinetic assessment
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Alt ekstremite tarafından üretilen pedal kuvvetinin büyüklüğü, yönü ve zaman içindeki dağılımı; spor performansının değerlendirilmesi, motor kontrolün analizi ve rehabilitasyon süreçlerinde fonksiyonel iyileşmenin izlenmesi açısından kritik bir parametredir. Bununla birlikte mevcut pedal kuvveti ölçüm sistemleri yüksek maliyetli oluşları, sınırlı taşınabilirlikleri ve çoğunlukla laboratuvar koşullarına bağımlı çalışmaları nedeniyle klinik uygulamalarda ve saha çalışmalarında yaygın biçimde kullanılamamaktadır. Bu tez çalışması, söz konusu kısıtları ortadan kaldırmak amacıyla düşük maliyetli, taşınabilir, kablosuz veri aktarımı yapabilen ve çok noktalı kuvvet ölçümü sağlayan bir pedal kuvveti ölçüm sisteminin tasarımını, geliştirilmesini ve validasyonunu kapsamaktadır. Geliştirilen sistemde her bir pedala iki adet 50 kg kapasiteli yük hücresi entegre edilerek kuvvet bileşenlerinin pedala en yakın noktadan doğrudan ölçülmesi sağlanmıştır. Veri toplama ve kablosuz iletim için ESP32 mikrodenetleyici kullanılmış; gerçek zamanlı veri izleme, kaydetme ve analiz edebilmek amacıyla C# tabanlı bir bilgisayar arayüzü geliştirilmiştir. Sistem performansının değerlendirilmesi için 21,1 kg, 42,3 kg ve 63,7 kg'lık kalibre edilmiş referans ağırlıklarla statik yük testleri gerçekleştirilmiş; ayrıca sensör konumuna bağlı ölçüm değişkenliğini belirlemek amacıyla konumsal duyarlılık analizleri yapılmıştır. Elde edilen bulgular, ölçülen kuvvet değerleri ile referans yükler arasında son derece yüksek doğrusal bir ilişki (r = 0,9999) bulunduğunu göstermiştir. Pedallar arasındaki ortalama farkın yalnızca 0,10 kg olması, sistemin yüksek tekrarlanabilirlik düzeyine sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Konuma bağlı farkların değerlendirilmesinde tek yönlü ANOVA sonucunun p = 0,21 olarak elde edilmesi, farklı noktalardan uygulanan yüklerin ölçüm doğruluğunu anlamlı düzeyde etkilemediğini göstermiştir. Bu sonuçlar, sistemin ölçüm stabilitesinin yüksek olduğunu ve sensör yerleşiminden bağımsız olarak tutarlı çıktılar üretebildiğini kanıtlamaktadır. Sonuç olarak bu çalışma, düşük maliyetli donanım bileşenleri ve kablosuz iletişim altyapısını bir araya getiren, taşınabilirliği yüksek, bilimsel geçerliliği desteklenen ve kullanımı kolay bir pedal kuvveti ölçüm sistemi ortaya koymuştur. Geliştirilen sistem; spor bilimlerinde performans takibi, alt ekstremite rehabilitasyonunda simetri ve kuvvet değerlendirmeleri, klinik karar destek süreçleri ve araştırma amaçlı biyomekanik analizlerde uygulanabilir, güvenilir ve ekonomik bir alternatif sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The magnitude, direction, and temporal distribution of pedal forces generated by the lower limb are critical parameters in the assessment of athletic performance, motor control, and functional recovery during rehabilitation. However, existing pedal force measurement systems are often limited by their high cost, restricted portability, and dependence on laboratory environments, which constrain their clinical and field applicability. This thesis aims to address these limitations by presenting the design, development, and validation of a low-cost, portable, wireless, and multi-point pedal force measurement system suitable for biomechanics and rehabilitation applications. The proposed system integrates two 50 kg load cells into each pedal, enabling direct measurement of force components at the closest point of application. An ESP32 microcontroller is utilized for data acquisition and wireless transmission, while a custom C#-based software interface is developed to facilitate real-time visualization, recording, and analysis of the collected data. System performance was evaluated through static load tests using calibrated reference weights of 21.1 kg, 42.3 kg, and 63.7 kg, and through positional sensitivity analyses to determine the influence of load application points on measurement accuracy. The findings revealed an exceptionally strong linear relationship (r = 0.9999) between the measured forces and reference loads, indicating high measurement accuracy. The mean difference between pedals was only 0.10 kg, demonstrating excellent repeatability and symmetry. Moreover, a one-way ANOVA result of p = 0.21 indicated that variations in load application position did not significantly affect measurement accuracy, confirming the system's robustness and stability across sensor locations. In conclusion, this study introduces a scientifically validated, cost-effective, portable, and user-friendly pedal force measurement system that integrates low-cost hardware components with wireless communication capabilities. The system offers a reliable and versatile tool for performance monitoring in sports science, symmetry and strength assessments in lower-limb rehabilitation, and advanced biomechanical research.
Benzer Tezler
- Görüntü tabanlı derin öğrenmeyle gerçek zamanlı hareket analizi
Real time motion analysis using vision based deep learning
UĞUR ÖZBALKAN
Doktora
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR CAN TURNA
- Kol dış iskelet tasarımında biyomimetik döküm teknolojileri ve servo motor destekli iteratif öğrenme kontrolü uygulaması
Application of biomimetic casting technologies and servo motor-assisted iterative learning control in arm exoskeleton design
FURKAN KAAN UYANIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mekatronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE NUR AY GÜL
- Non-spesifik boyun ağrılı bireylerde servikotorasik inhibisyon test uygulamasının servikal bölge kinematiğine etkisinin incelenmesi
Investigation of cervicothoracic inhibition test application effects on cervical kinematics in individuals with non-specific neck pain
ÖZGE KAYALAR DÜLGER
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Fizyoterapi ve Rehabilitasyonİstanbul Kültür ÜniversitesiFizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAZİF EKİN AKALAN
- İmplant boyu ve çapının yükleme sonrası oluşan rezorpsiyona etkisinin 3 boyutlu sonlu eleman stres analiz yöntemi ile incelenmesi
Investigation of implant length and diameter variation effect in case of resorption after loading by 3 dimensional finite element analysis method
SÖNMEZ KURŞUNOĞLU
Doktora
Türkçe
2011
Diş HekimliğiAnkara ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TERZİOĞLU
- Tendon grefti uygulamalarında yeni bir yöntem
A new technique for tendon graft application
MEHMET GÜŞEN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2013
Plastik ve Rekonstrüktif CerrahiMersin ÜniversitesiPlastik ve Rekonstrüktif Cerrahi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ BAŞTERZİ