Development and control of lower limb active orthosis for athlete rehabilitation
Sporcu rehabilitasyonuna yönelik alt ekstremite aktif ortez geliştirilmesi ve kontrolü
- Tez No: 848693
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRİ KUTLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
İskelet sisteminde karmaşık yapısıyla ayak bileği eklemleri, üzerine uygulanılan stres ve torklara bağlı olarak farklı şekillerde hareket edebilir. Ayak bileği sınırlamaları ve hareket aralığı (ROM) kısıtlamaları çeşitli nedenlerle günlük işlevselliği etkileyebilir. Burkulmalar, eklem ROM'unu aşan bir gerilme olduğunda ortaya çıkan yaygın bir ayak bileği yaralanma türüdür ve özellikle hareketsiz bireylerde yaygındır. Alt ekstremite yaralanmaları, ayak ve ayak bileği yaralanmaları ise sporcular arasında yaygındır. Ayak bileği, sporcular arasında en sık yaralanmaların yaşandığı birincil eklem olduğundan, lateral ayak bileği yan bağ burkulmaları yaygın bir yaralanma türüdür. Bu tez çalışmasında, sporcuya özel rehabilitasyon ve egzersizler sağlayan aktif bir ayak bileği ortezi geliştirmek amaçlanmaktadır. Bu egzersizler pasif, izometrik ve izotonik olarak belirlenmiştir. En iyi tasarım çözümü sağlayan mekanik sistemi belirlemek için kavramsal tasarım yöntemleri kullanılmıştır. Daha sonra, Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) programı ile tasarım modellenmiştir. Bundan sonra, kontrol ünitesi ve AAFO üretilmiştir. AAFO içindeki egzersizler, tekrarlamalı ve admitans kontrolcüler kullanılarak uygulanır, burada tekrarlamalı kontrol pasif ortez için istenen ayak bileği açısını takip ederek iyi çalışır. Destek ve direnç modları için ise admitans kontrol kullanılır. İlk kez AAFO'da uygulanan tekrarlamalı kontrol yüksek çözünürlüğe ve performansa sahiptir. Sırasıyla, tekrarlamalı kontrol için tam çevrim hatasının ortalaması ve standart sapması (SD) 1.890 ± 3.0243 olup, ortalama norm hata değeri 0.0951 olup, AAFO sisteminin tekrarlı kontrol değerlendirme modunda büyük derecede hassasiyet gösterdiğini göstermektedir. Hata değeri için ise 3.0228'lik bir kök ortalama kare hatası (RMSE), 1.8996'lık bir ortalama sapma (MD) ile, hatalarının değişkenliği vurgulanmaktadır. Admitans kontrol için ise direnç modunda düşük mutlak hata ortalaması 0.22194 ve hata norm ortalaması 0.05072, kuvvetleri takip etmedeki doğru kontrol olduğunu yansıtır. RMSE (1.07848) değeri ile hata büyüklüğünün değerlendirmesi sağlanır. Ayrıca, düşük MD (0.26648) ve SD (0.47436) ile doğru ve tutarlı direnç davranışını destekler. Admitans kontrol destek modunda, hata ortalaması 1.68086 ve hata norm ortalaması 0.28582 çıkmıştır. Yanlılık ve varyans göz önüne alındığında, RMSE (2.6964) genel hata büyüklüğünün kapsamlı bir analizini sunar. SD (2.68696) ve MD (1.75082) tarafından gösterildiği gibi, destekleyici kontrol modu direnç modundan daha değişkendir. Bu modlardan elde edilen performans göstergeleri, potansiyel rehabilitasyon alanlarını belirlemeye ve AAFO'nun bu hedeflere ulaşmada ne kadar iyi olduğunu değerlendirmeye yardımcı olmuştur.
Özet (Çeviri)
The complex ankle joint of the skeleton may move in many ways depending on the stresses and torques applied to it. Ankle limitations and range of motion (ROM) restrictions can affect daily functioning for a variety of reasons. Sprains are a frequent type of ankle injury that occur when the joint stretches beyond its ROM, which is particularly common in sedentary individuals. Lower extremity injuries are common among athletes, particularly to the foot and ankle. Ankle lateral ligament sprains are a prevalent injury among athletes since the ankle is the primary joint that sustains injuries most frequently. This thesis aims to develop an active ankle foot orthosis (AAFO) that provide the athlete the special rehabilitation and exercises required. These exercises are passive, isometric and isotonic. To determine which mechanical system would make the best design, conceptual design was used. A Computer aided design (CAD) program was then used to model the design. Following that, the control unit and AAFO were produced. The exercises within the AAFO are applied using repetitive and admittance control where repetitive control works well for the passive orthosis through following the ankle desired angle. The admittance control is used for the assist and resist modes. The repetitive control which is applied for this first time in AAFO had a high resolution and performance. The mean and standard deviation (SD) of the full cycle error for repetitive control is 1.890 ± 3.0243, the average norm error value of 0.0951, show that the AAFO's system demonstrates a great degree of precision in the repetitive control evaluation mode. With an root mean square error (RMSE) of 3.0228, a mean deviation (MD) of 1.8996, their variability is highlighted. The low absolute error average of 0.22194 and the error norm average of 0.05072 in the admittance control resist mode reflect the accurate control in pursuit forces. An extensive evaluation of the whole error magnitude is provided by the RMSE, which has an additional value of 1.07848. Furthermore, supporting the accurate and consistent resistive behavior is the low MD (0.26648) and SD (0.47436). In the admittance control assist mode, the absolute error average is 1.68086 and the error norm average is 0.28582. With bias and variance taken into consideration, the RMSE of 2.6964 offers a comprehensive picture of the overall error magnitude. The assistive control mode is more variable than the resistive mode, as indicated by the SD (2.68696) and MD (1.75082). The performance indicators that come from these control modes help identify potential athlete rehabilitation areas for improvement and provide feasibility of the AAFO in achieving these objectives.
Benzer Tezler
- Alt ekstremite için aktif ortez ve IoT uygulaması geliştirilmesi
Development of active orthesis and IoT application for the lower limb
EMRE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
- Development of a body weight supported lower gait robotic training system
Ağırlık destekli yürüme bandı tabanlı robotik tedavi sistemi geliştirilmesi
HÜSEYİN EMRE ÖZGÜR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET İLTERİŞ SARIGEÇİLİ
YRD. DOÇ. DR. KERİMCAN ÇELEBİ
- Alt uzuv rehabilitasyonu amaçlı bir robotik sistemin geliştirilmesi
Development of a robotic system for the lower limb rehabilitation
MERVE TEKE BUDAKLI
Doktora
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT YILMAZ
- Serebral palsili çocuklarda interaktif video oyunlarının fonksiyonel etkinliğinin ve radyolojik progresyonun difüzyon tensör görüntüleme (DTI) ile karşılaştırılması
Comparison of functional effectiveness of interactive video games and radiological progression using diffusion tensor imaging (DTI) in children with cerebral palsy.
ALİ ŞAKALAR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2016
Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonHarran ÜniversitesiFiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TUTOĞLU
- İnsan alt ekstremitesinin incelenmesi ve aktif dizüstü protezi tasarımı
The analysis of the human lower limb structure and the design of a new active above knee prosthesis
AKIN OĞUZ KAPTI