El rehabilitasyon dış iskelet robotunun veri güdümlü öngörülü kontrolü
Data driven predictive control of exoskeleton for hand rehabilitation
- Tez No: 562902
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERKAN KAPLANOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu tez çalışmasında mekanik tasarımını önceki çalışmalarda gerçekleştirdiğimiz olan el rehabilitasyon dış iskelet robotunun veri güdümlü öngörülü kontrolü amaçlanmıştır. Ayrıca dış iskelet robotu rehabilitasyon amaçlı aktif ve pasif egzersiz süreçlerinde empedans kontrol algoritması ile kontrol edilmiştir. Her iki kontrol yöntemi benzer süreçlerde çalıştırılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Robotik temelli terapatik egzersizlerde robotik sistemin, hastanın eline uyumlu çalışması ve ani tepkilere uygun cevaplar vererek hastanın uzvuna zarar vermemesi beklenmektedir. Ayrıca çok kullanıcılı olarak tasarlanan robotik sistemin, giyen her hastanın eline en iyi uyum ile çalışması istenmektedir. Her hastanın elinin biyo-dinamik ve kinematik karakteristiği farklıdır. Bu nedenle, her hastanın robotu giydiğinde robotla oluşturduğu model benzersizdir. Hedeflenmiş olan uyuma ulaşmak için bu özgün modellerin kestirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada model kestirimi için çıkış hata metodu ve alt uzay kestirim metodu kullanılmıştır. Dış iskelet robotunun rehabilitasyon amaçlı aktif ve pasif egzersiz süreçlerini yönetebilmesi için adaptif model referans kontrol yöntemi empedans kontrol kuralı ile birlikte kullanılmıştır. Bu sayede robotun, hastanın eline uyumlu çalışması sağlanmıştır. Ayrıca fizyoterapistin referans modelinin mekanik parametrelerini belirleyerek egzersiz modunu pasiften aktif-dirençliye doğru ayarlayabilmesini sağlayan kontrol kuralları önerilmiştir. Alt uzay kestirim metodu ile bulunan parametreler sistemin veri güdümlü öngörülü kontrolü için kullanılmıştır. Kontrol cevapları empedans kontrol cevapları ile karşılaştırılmıştır. EL REHABİLİTASYON DIŞ İSKELET ROBOTUNUN VERİ GÜDÜMLÜ ÖNGÖRÜLÜ KONTROLÜ Bu tez çalışmasında mekanik tasarımını önceki çalışmalarda gerçekleştirdiğimiz olan el rehabilitasyon dış iskelet robotunun veri güdümlü öngörülü kontrolü amaçlanmıştır. Ayrıca dış iskelet robotu rehabilitasyon amaçlı aktif ve pasif egzersiz süreçlerinde empedans kontrol algoritması ile kontrol edilmiştir. Her iki kontrol yöntemi benzer süreçlerde çalıştırılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Robotik temelli terapatik egzersizlerde robotik sistemin, hastanın eline uyumlu çalışması ve ani tepkilere uygun cevaplar vererek hastanın uzvuna zarar vermemesi beklenmektedir. Ayrıca çok kullanıcılı olarak tasarlanan robotik sistemin, giyen her hastanın eline en iyi uyum ile çalışması istenmektedir. Her hastanın elinin biyo-dinamik ve kinematik karakteristiği farklıdır. Bu nedenle, her hastanın robotu giydiğinde robotla oluşturduğu model benzersizdir. Hedeflenmiş olan uyuma ulaşmak için bu özgün modellerin kestirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada model kestirimi için çıkış hata metodu ve alt uzay kestirim metodu kullanılmıştır. Dış iskelet robotunun rehabilitasyon amaçlı aktif ve pasif egzersiz süreçlerini yönetebilmesi için adaptif model referans kontrol yöntemi empedans kontrol kuralı ile birlikte kullanılmıştır. Bu sayede robotun, hastanın eline uyumlu çalışması sağlanmıştır. Ayrıca fizyoterapistin referans modelinin mekanik parametrelerini belirleyerek egzersiz modunu pasiften aktif-dirençliye doğru ayarlayabilmesini sağlayan kontrol kuralları önerilmiştir. Alt uzay kestirim metodu ile bulunan parametreler sistemin veri güdümlü öngörülü kontrolü için kullanılmıştır. Kontrol cevapları empedans kontrol cevapları ile karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, it is aimed to control a hand rehabilitation exoskeleton robot with data driven predictive control algorithm. In addition, the exoskeleton robot has been controlled by an impedance control algorithm in active and passive exercises for rehabilitation processes. Both control methods were run in similar processes and the results were compared. In robotic-based therapeutic exercises, it is expected that the robotic system works adaptively with the patient's hand and does not harm the patient's hand by providing appropriate responses to the sudden reactions. The robotic system, which is intended to be used by multiusers is required to work with optimum fit to the hands of each individual patient wearing it. Each patient's hand has different biodynamic and kinematic properties. Therefore, the model that each patient creates with the robot when he/she wears the robot is unique. These specific models need to be predicted in order to achieve the targeted fit. In this study, output error method and subspace prediction method are used for model estimation. In order to manage the active and passive exercises for rehabilitation processes, adaptive model reference control method is used together with the impedance control rule. In this way, adaptive operation to patient's hand is provided. In addition, control rules have been proposed to allow the physiotherapist to adjust the rehabilitation mode from passive to active-resistive by adjusting the mechanical parameters of the reference model. The parameters estimated by the subspace prediction method has been used for data driven predictive control of the system. Control responses have been compared with impedance control responses.
Benzer Tezler
- Optimal design of the robotic exoskeleton for hand rehabilitation
El rehabilitasyonu için geliştirilen harici iskeletin optimal tasarımı
MOHAMMAD HASSAN GOL MOHAMMADZADEH
Doktora
İngilizce
2019
Mekatronik MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HULUSİ BÜLENT ERTAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ KUTLUK BİLGE ARIKAN
- Trajectory planning and implementation for robot-assisted rehabilitation
Robot destekli rehabilitasyon için yörünge planlanması ve uygulanması
MEHMET ERKAN KÜTÜK
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE CANAN DÜLGER
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEMİK TAYLAN DAŞ
- Developing a haptic hand interface with force feedback from virtual environment and controlling it via electromyography signals
Sanal ortamdan kuvvet geri besleme ile bir haptik el arayüzü geliştirilmesi ve elektromiyografi sinyalleri ile el protezi kontrolü
MIRVAHID AHMADIPOURINAEIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT YILMAZ
- El rehabilitasyonu amaçlı dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi
Design and prototyping of exoskeleton system for hand rehabilitation
ALPER YASİN SERİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TEYFİK DEMİR
- Myoelectric-controlled exoskeleton system design for daily activities and paralytic hand rehabilitation
Günlük aktivitelerde ve paralitik el rehabilitasyonunda kullanılabilen myoelektrik kontrollü dış iskelet tasarımı
VEDAT YEĞİN
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ONAT
PROF. DR. ZÜBEYİR SARI