Geri Dön

El rehabilitasyon dış iskelet robotunun veri güdümlü öngörülü kontrolü

Data driven predictive control of exoskeleton for hand rehabilitation

  1. Tez No: 562902
  2. Yazar: GAZİ AKGÜN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ERKAN KAPLANOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Marmara Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. 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

  1. Optimal design of the robotic exoskeleton for hand rehabilitation

    El rehabilitasyonu için geliştirilen harici iskeletin optimal tasarımı

    MOHAMMAD HASSAN GOL MOHAMMADZADEH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mekatronik MühendisliğiAtılım Üniversitesi

    Mühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HULUSİ BÜLENT ERTAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KUTLUK BİLGE ARIKAN

  2. Trajectory planning and implementation for robot-assisted rehabilitation

    Robot destekli rehabilitasyon için yörünge planlanması ve uygulanması

    MEHMET ERKAN KÜTÜK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Makine MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LALE CANAN DÜLGER

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEMİK TAYLAN DAŞ

  3. 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

    İngilizce

    2018

    Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT YILMAZ

  4. 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

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TEYFİK DEMİR

  5. 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

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ONAT

    PROF. DR. ZÜBEYİR SARI