Interactive control of balansens robotic platform with feedforward and feedback-based assist-as-needed paradigm for ankle rehabilitation
Ayak bileği rehabilitasyonu için ileri ve geri beslemeli gerektii kadar yardım paradigmasına dayalı balansens robotik platformunun etkileşimli kontrolü
- Tez No: 979919
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. ELİF HOCAOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, etkili ayak bileği rehabilitasyonu için ileri besleme (feedforward) ve geri besleme (feedback) temelli“Gerektiği Kadar Yardım”(Assist-as-Needed, AAN) paradigmasını uygulayan BALANSens robotik platformuna yönelik etkileşimli bir kontrol çerçevesinin tasarımını, geliştirilmesini ve değerlendirilmesini sunmaktadır. Amaç, hem pasif hem de aktif rehabilitasyon ihtiyaçlarını karşılayan kişiselleştirilmiş bir tedavi sağlamaktır. Çalışma, BalanSens robotunun ayrıntılı kinematik, dinamik ve kontrol tasarımı ile başlamaktadır. Bu kapsamda, verimli bir yinelemeli ileri kinematik yöntemi, ayrıntılı dinamik analiz ve konum, empedans ve admittans kontrol mimarelirinin uygulanması yer almaktadır. Bu geliştirmeler, önerilen rehabilitasyon stratejilerinin temelini oluşturmaktadır. Pasif rehabilitasyon için sistem, hareket açıklığını korumak, ve hasta katılımını artırmak amacıyla titreşimli dokunsal (vibro-taktil) ve sanal gerçeklik (VR) geri bildirimi ile birleştirilmiş kontrollü ayak bileği hareketi sunmaktadır. Bu yaklaşım, sağlıklı gönüllüler ve pilot bir inme hastası ile doğrulanmıştır. Aktif rehabilitasyon için ise, motor kontrol eğitimi amacıyla hastanın uyguladığı torkun türevinden hesaplanan ve görev hatasına göre ölçeklendirilen yardım sağlayan yenilikçi bir hız temelli AAN kontrol yöntemi tanıtılmaktadır. Böylece, kullanıcının niyeti korunurken yumuşak ve hassas hareket sağlanmaktadır. Ayrıca, görev zorluğunu performansa bağlı olarak dinamik biçimde ayarlayan uyarlanabilir zorluk temelli bir kuvvetlendirme eğitimi yaklaşımı uygulanmıştır. Hem motor kontrol hem de kuvvetlendirme eğitimleri, klinik olarak anlamlı görevlerle motivasyon ve katılımı artırmak amacıyla özel olarak tasarlanmış bir VR oyun ortamına entegre edilmiştir. Sağlıklı katılımcılar ve pilot hasta çalışmaları ile elde edilen deneysel sonuçlar, önerilen kontrol mimarisi ve AAN stratejilerine sahip BalanSens sisteminin güvenli, etkili ve ilgi çekici bir terapi sağlayabildiğini ve daha geniş klinik uygulamalar için potansiyel taşıdığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, development, and evaluation of an interactive control framework for the BalanSens robotic platform, implementing a feedforward and feedback-based Assist-as-Needed (AAN) paradigm for effective ankle rehabilitation. The objective is to deliver personalized therapy addressing both passive and active rehabilitation needs. The work begins with detailed kinematics, dynamics, and Control design of the BalanSens robot. This includes an efficient iterative forward kinematics method, detailed dynamic analysis, and implementation of position, impedance, and admittance control schemes. These developments provide the foundation for the proposed rehabilitation strategies. For passive rehabilitation, the system delivers controlled ankle motion combined with vibro-tactile and virtual reality (VR) feedback to maintain range of motion, and enhance patient engagement. Validation was conducted with healthy volunteers and a pilot stroke patient. For active rehabilitation, a novel velocity-based AAN control is introduced for motor control training, where assistance is computed from the derivative of the patient's applied torque and scaled by task error to preserve user intent while ensuring smooth, precise movement. An adaptive difficulty-based strength training approach is also implemented, which dynamically adjusts task difficulty based on performance to promote progressive overload. Both motor control and strength training approaches are integrated into a custom-designed VR game environment to enhance motivation and engagement through clinically relevant tasks. Experimental results with healthy participants and pilot patient studies demonstrate that the BalanSens system, combined with the proposed control framework and AAN strategies, can deliver safe, effective, and engaging therapy, highlighting its potential for broader clinical applications.
Benzer Tezler
- Hiperbolik paraboloid betonarme kabuk sistemlerin parametrik tasarımı
Parametric design of hyperbolic paraboloid reinforced concrete shell systems
İZEL ECE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTLU DARILMAZ
- Computer-aided exergy and energy analysis of the vacuum distillation unit
Vakum distilasyon ünitesinin bilgisayar destekli ekserji ve enerji analizi
SENA KURBAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR YAMAN
- Ücretli çalışan mimarların işyeri mutluluğu ve farklı kariyer evrelerinde iş tatminini etkileyen faktörler
Workplace happiness of wage worker architects and the determinants of job satisfaction at different career stages
SEZER SAVAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH ACAR
- EGF ve VEGF genleri modifiye edilmiş kültüre allojenik rat keratinosit kültürünün diyabetik ratlarda yara iyileşmesine etkisinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
METE AKSU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2004
Plastik ve Rekonstrüktif CerrahiGataPlastik Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Ana Bilim Dalı