Mechanical modeling and simulation of foot structure and function at quiet and provoked standing
Sakin ve provoke edilmiş duruşta ayak yapısı ve fonksiyonunun mekanik modellemesi ve simülasyonu
- Tez No: 1009398
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENİH GÜRSES, DOÇ. DR. KUTLUK BİLGE ARIKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
˙ Insan postürü, motor kontrol süreçleri açısından karma¸sık ve dinamik bir yapıya sahiptir; bu yapıda aya˘gın rolü ise temel bir öneme sahiptir. Bu tez, aya˘gın duru¸s anındaki i¸slevsel davranı¸sını inceleyerek, motor kontrol perspektifinden postür yönetiminin nasıl optimize edildi˘gini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Sakin ve pertürbe edilmi¸s duru¸s ko¸sullarında, naviküler, metatar ve kalkaneus bölgelerine yerle¸stirilen pozisyon sensörleri ile detaylı veri toplanmı¸s; ayrıca vücut a˘gırlık merkezinin takibi gerçekle¸stirilmi¸stir. Kuvvet platformundan elde edilen veriler ı¸sı˘gında, aya˘gın windlass mekanizmasının aktive olup olmadı˘gı gözlemlenmi¸stir. Çalı¸smanın önemli bir parçası, sistemin dinamiklerinin matematiksel denklemlerle ifade edilmesi ve serbest cisim diagramları kullanılarak modellenmesidir. Özellikle, ayaktaki ark bölümünün yay ve damper özellikleriyle modellenmesi, metatars ve kalkaneus bölgelerinde meydana gelen sürtünme kuvvetlerinin denklemlere entegre edilmesiyle sistemin gerçekçi bir temsilinin olu¸sturulması sa˘glanmı¸stır. Mekanik model öncelikler Solidworks programında modellenmi¸s ve daha sonra MATLAB modelleme ortamına aktarılmı¸stır. MATLAB Simulink ve Simscape Multibody kullanılarak geli¸stirilen model, bu matematiksel ifadeler ve free body diagramlar temel alınarak duru¸s sırasında ortaya çıkan dinamikleri kapsamlı bir ¸sekilde simüle etmi¸stir. Ayrıca, Msc ADAMS yazılımı ile yapılan hareket analizi, motor kontrol mekanizmalarının anla¸sılmasına katkıda bulunmu¸stur. Yapay zeka kısmında ise fuzzy logic tabanlı yöntemler kullanılarak, veriler arasındaki benzerlikler ve farklılıklar belirlenmi¸s, motor kontrol ve postür yönetimine ili¸skin hareket kalıpları kümeleme yöntemiyle sınıflandırılmı¸stır. Bu tez, aya˘gın ve postürün motor kontrol açısından ele alındı˘gı, matematiksel modelleme, free body diagramlar, yay, damper ve sürtünme dinamiklerinin hesaba katıldı˘gı kapsamlı bir analiz sunmakta olup, elde edilen bulgular denge, ayak sa˘glı˘gı ve ortopedik rehabilitasyon gibi alanlarda önemli uygulamalara zemin hazırlayabilir.
Özet (Çeviri)
Human posture is a complex structure in terms of biomechanics and balance processes, and the foot plays a fundamental role in maintaining stability. In addition to supporting body weight, the foot is essential for ensuring balance and directing movement. This thesis investigates the biomechanical responses of the foot during quiet and perturbed stance, with a particular focus on the activation of the windlass mechanism. As part of the study, position sensors were placed on the navicular, metatarsal, and calcaneus regions to measure foot motion dynamics, while additional sensors on the center of mass tracked overall postural changes. Furthermore, a force plate was utilized to record foot-ground interactions, and the collected data was processed for detailed analysis. The main mechanical model first modelled in Solidworks program andembeddedtoMATLABmodels. Basedontheacquireddata,amodelrepresenting the foot and related body regions was developed using MATLAB with Simulink and Simscape Multibody, allowing for the simulation of functional foot behavior during stance. Additionally, motion analysis was conducted using Msc ADAMS software to examine the dynamic structure of foot movements. Artificial intelligence-based clustering methods were also applied to identify similar movement patterns and classify different foot responses during stance. This study provides a comprehensive understanding of the foot's influence on posture and offers new methodologies for biomechanical analysis. The findings may contribute valuable insights to various fields, including foot health, balance training, and orthopedic rehabilitation.
Benzer Tezler
- İki ayaklı yürüyen robot tasarımı ve prototip imalatı
Design and contruction of 12 dof biped robot
ALPER GERÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- İki ayaklı yürüyen robot için kontrol sistemi geliştirilmesi
Control system development for bipedal walking robot
NUMAN MERT TAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Dört bacaklı robot tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of quadruped robot
COŞKUN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiEge ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ENGİN
- Dört ayaklı bir robotun engebeli yüzeylerde yürüme analizi ve kontrolü
Gait analysis and control of a quadruped robot on rugged surfaces
MUHAMMED ARİF ŞEN
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE KALYONCU
- Simulation of biped locomotion of humanoid robots in 3D space
İnsansi robotlarin 3 boyutlu uzayda 2 ayakli hareketinin benzetimi
GÖKCAN AKALIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. KEMAL ÖZGÖREN