Design And Control of a Soft Robotic Exoskeleton for Physical Assistance
Fiziksel Destek İçin Yumuşak Robotik Bir Dış İskeletin Tasarımı ve Kontrolü
- Tez No: 1005470
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH TÜRKSEVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yumuşak dış iskeletler, sahip oldukları doğal uyumluluk, güvenlik ve uyarlanabilirlik özellikleri sayesinde insan destek ve rehabilitasyon uygulamaları için umut vadeden çözümler sunmaktadır. Ancak, doğrusal olmayan malzeme davranışı, dağıtılmış eyleyiciler ve karmaşık şekil değiştirme karakteristikleri nedeniyle bu sistemler için dinamik modellerin geliştirilmesi ve etkili kontrol stratejilerinin tasarlanması hâlen önemli zorluklar içermektedir. Bu tezde, pnömatik olarak tahrik edilen yumuşak bir dirsek dış iskeletinin tasarımı, modellenmesi, simülasyonu ve kontrolü sunulmaktadır. Parçalı sabit eğrilik kinematiği ve Lagrange dinamiğine dayalı olarak indirgenmiş dereceli bir dinamik model geliştirilmiştir. Pnömatik olarak tahrik edilen bu model, elastik ve sönümleyici etkileri yay ve sönümleyici davranışı şeklinde içermektedir. Simülasyon sonuçları, önerilen modelin fiziksel sistemin dinamiklerini ne ölçüde temsil edebildiğini değerlendirmek amacıyla deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen modelin yumuşak eyleyicinin kararlı hâl davranışını kabul edilebilir bir doğrulukla yakaladığını göstermektedir; buna karşın geçici rejimdeki bazı farklar göz ardı edilemez düzeydedir. Buna ek olarak, uç nokta konumunu istenen noktalara yönlendirmek amacıyla model tabanlı bir kontrol stratejisi uygulanmış ve simülasyon ortamında değerlendirilmiştir. Denetleyici, erişilebilir çalışma uzayı içerisinde rastgele seçilmiş birden fazla referans konum için test edilmiştir. Sonuçlar, tüm seçilen referans konumlar için tutarlı yakınsama ve kararlı davranış sergilendiğini göstermekte olup, bu durum denetleyicinin istenen uç nokta konumundaki değişimlere karşı dayanıklı olduğunu ortaya koymaktadır. Genel olarak bu çalışma, parçalı sabit eğrilik kinematiği ile birleştirilmiş indirgenmiş dereceli Lagrange tabanlı modelin, yumuşak eyleyicilerin modellenmesi için kabul edilebilir doğrulukta sonuçlar sağlayabildiğini göstermektedir. Elde edilen bulgular, gelecekteki geliştirmeler ve yardımcı ile rehabilitasyon amaçlı uygulamalara yönelik çalışmalar için yararlı bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Soft exoskeletons offer promising solutions for human assistance and rehabilitation due to their inherent compliance, safety, and adaptability. However, the development of dynamic models and effective control strategies for these systems remains challenging because of nonlinear material behavior, distributed actuation, and complex deformation characteristics. This thesis presents the design, modeling, simulation, and control of a pneumatically driven soft elbow exoskeleton. A reduced-order dynamic model is developed using Lagrangian dynamics and piecewise constant curvature kinematics. The model, which is pneumatically driven, incorporates elastic and damping effects acting as a spring and damper. Simulation results are compared with experimental measurements to assess the model's ability to accurately emulate the dynamics of the physical system. The results demonstrate that the developed model captures the quasi-static behavior of the soft actuator with acceptable accuracy, while discrepancies in transient response are undeniable. In addition, a model-based control strategy is implemented and evaluated in simulation to move the tip position toward desired points. The controller is tested using multiple randomly selected reference positions. The results show consistent convergence and stable behavior for all selected desired positions, indicating robustness with respect to variations in the desired tip position. Overall, this work demonstrates that the reduced-order Lagrangian model, combined with piecewise constant curvature kinematics, can provide a good model for soft actuators, yielding acceptable results. The findings establish useful information for future development toward assistive and rehabilitative applications.
Benzer Tezler
- Textile-based soft robotics for active assistance and rehabilitation
Aktif destek ve rehabilitasyon için tekstil tabanlı yumuşak robotikler
AYŞE FEYZA YILMAZ
Doktora
İngilizce
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ATALAY
PROF. DR. FATMA KALAOĞLU
- Esnek yüzeyli optik kuvvet sensörlü robotik tutucu tasarımı ve kontrol analizleri
Design and control evaluation of a robotic gripper equipped with a soft surface and optical force sensor
MUHAMMED HALİT ALZAİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. CLAUDIA FERNANDA YAŞAR
- Design and control of textile based soft robotic systems for therapeutic applications
Teröpatik uygulamalar için tekstil temelli yumuşak robotik sistem tasarımı ve kontrolü
MEHMET FATİH ÇELEBİ
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL GAZİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI TUNÇAY ATALAY
- Design, manufacturing and testing of soft robotic actuators
Başlık çevirisi yok
UMUR İBRAHİM ÇİÇEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiUnıversıty Of LıverpoolDR. SEBASTİANO FİCHERA
DR. PAOLO PAOLETTİ
- Üç parmaklı yarı esnek robotik tutucunun biyomekanik tasarım ve kontrolü
The biomechanical design and control of the three-fingered semi-flexible robotic gripper
KUSAY DİB
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMET AYDIN