Design, ımplementation and control of self-aligning, bowden cable-driven, series elastic exoskeletons for lower extremity rehabilitation
Kendini hizalayan, bowden kablo sürülü, seri elastik eyleyicili alt ekstremite rehabilitasyonu amaçlı dışiskeletlerin tasarımı, uygulaması ve kontrolü
- Tez No: 392265
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu çalışmada, alt ekstremitelerin robot yardımlı rehabilitasyonu amaçlı birimsel ve kendini hizalayan dışiskelet, AssistOn-Leg sunulmaktadır. AssistOn-Leg, sırasıyla ayak bileği, diz ve kalça eklemlerini hedefleyen üç kendini hizalayan ve güçlendirilmiş dışiskelet biriminden oluşmaktadır. Her bir birim bağımsız olarak ilgilendiği eklemin rehabilitasyonunda kullanılabilirken, birimlerin bir araya getirilmesiyle de doğal yürüyüş alıştırmaları gerçekleştirilebilir. AssistOn-Ankle ayak bileğinin plantar fleksiyon/dorsifleksiyon ve supinasyon/pronasyon hareketlerini hedeflemekte ve denge/propriosepsionu ya da hareket aralığı/güçlendirme alıştırmalarını verebilecek şekilde yeniden yapılandırılabilmektedir. AssistOn-Knee diz ekleminin fleksiyon/ekstensiyon hareketini hedeflemekte ve aynı anda bu harekete bağlı sagital düzlemde oluşan öteleme hareketlerini de desteklemektedir. AssistOn-Hip kalça ekleminin fleksiyon/ekstensiyon hareketini hedeflemekte ve kalça-leğen kemiği bileşiğinin sagital düzlemdeki öteleme hareketlerine izin vermektedir. Eklem eksenlerinin kendi kendine hizalanması sonucunda, AssistOn-Leg ve birimleri insan eklem eksenleri ve robot eksenleri arasında kusursuz bir eşleşmeyi garanti etmektedir. Bu sayede, kendini hizalama, terapi süresince ergonomi ve rahatlığı sağlarken cihazların kurulumu ve hastaya bağlanması için gereken süreyi de önemli ölçüde azaltmaktadır. Bowden kablo sürülü seri elastik eyleyicilerden ayak bileği ve diz birimlerinde, insan yürüyüşünü destekleyecek yüksek eyleyici torku sağlanırken sistemin belirgin ataletinin düşük tutulması amacıyla yararlanıldı. Ayrıca seri elastiklik, iyi kuvvet takibi nitelikleri, kontrol bant genişliği içerisinde aktif geri sürülebilirlik, pasif yumuşaklık ve kontrol bant genişliği dışındaki uyarılmalara karşı darbe direnci gibi özellikleri imkan vermektedir. AssistOn-Hip tasarımında ise pasif geri sürülebilir olması amacıyla çoklu seviyeli ırgat temelli bir iletim kullanılmıştır. Ayak bileği ve diz birimlerindeki pasif yumuşaklık ve kalça birimindeki pasif geri sürülebilirlik sayesinde, genel sistem tasarımının güç kaybında bile emniyetli olması ve tüm frekans tayfında gürbüzlük garanti edilmiştir.
Özet (Çeviri)
We present AssistOn-Leg, a modular, self-aligning exoskeleton for robotassisted rehabilitation of lower extremities. AssistOn-Leg consists of three selfaligning, powered exoskeletons targeting ankle, knee and hip joints, respectively. Each module can be used in a stand-alone manner to provide therapy to its corresponding joint or the modules can be connected together to deliver natural gait training to patients. In particular, AssistOn-Ankle targets dorsiflexion/ plantarflexion and supination/pronation of human ankle and can be configured to deliver balance/proprioception or range of motion/strengthening exercises; AssistOn-Knee targets flexion/extension movements of the knee joint, while also accommodating its translational movements in the sagittal plane; and AssistOn- Hip targets flexion/extension movements hip joint, while allowing for translations of hip-pelvis complex in the sagittal plane. Automatically aligning their joint axes, modules of AssistOn-Leg ensure an ideal match between human joint axes and the exoskeleton axes. Self-alignment of the modules not only guarantees ergonomy and comfort throughout the therapy, but also significantly shortens the setup time required to attach a patient to the exoskeleton. Bowden cable-driven series elastic actuation is utilized in the modules located at the distal (knee and ankle) joints of AssistOn-Leg to keep the apparent inertia of the system low, while simultaneously providing large actuation torques required to support human gait. Series elasticity also provides good force tracking characteristics, active back-driveability within the control bandwidth and passive compliance as well as impact resistance for excitations above this bandwidth. AssistOn-Hip is designed to be passively back-driveable with a capstan-based multi-level transmission. Thanks to passive compliance of the distal modules and passive backdriveability of the hip module, the overall design ensures safety even under power losses and robustness throughout the whole frequency spectrum.
Benzer Tezler
- Design, implementation and control of a self-aligning full arm exoskeleton for physical rehabilitation
Üst extremite fiziksel rehabilitasyonu için kendinden hizalamalı bir tam kol dıs ıskeletinin tasarımı, uygulanması ve kontrolü
MUSTAFA YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizyoterapi ve RehabilitasyonSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Design, implementation and control of rehabilitation robots for upper and lower limbs
Üst ve alt ekstrimite rehabilitasyon robotlarının tasarımı, uygulaması ve kontrolü
MEHMET ALPER ERGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Design, implementation and control of an overground gait and balance trainer with an active pelvis-hip exoskeleton
Aktif pelvis-kalça dış iskeletli zemin üzeri yürüyüş ve denge rehabilitasyon cihazının tasarımı, uygulanması ve kontrolü
HAMMAD MUNAWAR
Doktora
İngilizce
2017
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Design, Implementation, Control, and User Evaluations of AssistOn-Arm Self-Aligning Upper-Extremity Exoskeleton
Kendinden Hizalamalı Üst Ekstremite Dış İskeleti AssistOn-Arm'ın Tasarımı, Uygulaması, Kontrolü ve Kullanıcı Değerlendirmeleri
MUSTAFA YALÇIN
Doktora
İngilizce
2020
Fizyoterapi ve RehabilitasyonSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN PATOĞLU
PROF. DR. ERHAN BUDAK
DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Design, implementation, control and user evaluations of an active hip exoskeleton and a balance trainer
Aktif kalçca eksoskeletonu ve denge rehabilitasyonu robotunun tasarımı, uyguluması, kontrolu ve kullanıcı değgerlendirmeleri
ALİ YAŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN PATOĞLU