Alt uzuv rehabilitasyonu amaçlı bir robotik sistemin geliştirilmesi
Development of a robotic system for the lower limb rehabilitation
Yazar: MERVE TEKE BUDAKLI
Danışman: DOÇ. DR. CÜNEYT YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Alt ekstremite = Lower extremity ; Empedans = Impedance ; PID = PID ; Robotik rehabilitasyon = Robotic rehabilitation

Özet:
Günümüzde robotik kullanım alanları sanayi ve günlük yaşamda artmakta ve bununla birlikte uygulamaların robotlar tarafından yerine getirilmesi için çeşitli tasarımlar geliştirilmektedir. Paralel robotlar, kapalı zincir kinematik yapısından dolayı kısıtlanmış çalışma uzayına sahiptir. Bunun yanı sıra bu kinematik yapı robota yüksek konum hassasiyeti ve rijitlik kazandırmaktadır. Rehabilitasyon robotlarında; rijit yapı ve hassas pozisyonlama en önemli unsurlardır bu nedenle paralel robotlar rehabilitasyon uygulamalarına uygundur. Bununla birlikte, paralel robotların sınırlı çalışma uzayı eklem hareket açıklığında kısıt oluşturmaktadır. Bu nedenle literatürde yer alan paralel yapıdaki rehabilitasyon robotları ayak bileği rehabilitasyonu için geliştirilmiştir. Bu tezde; Stewart Platform yapılı paralel robot yapısına, 7'inci lineer eyleyici ve buna bağlı bir mekanizma ilave edilip çalışma uzayı genişletilerek hem ayak bileği hem de dize pasif, aktif ve aktif yardımlı EHA rehabilitasyon imkanı sağlayan yeni ve özgün bir robot tasarlanmıştır. Tez; robotun mekanik tasarımı, elektronik donanımı, haberleşme, robotun kinematik ve dinamik denklemlerini içeren matematiksel alt yapısı, pasif, aktif ve aktif yardımlı EHA rehabilitasyonu için PID ve pozisyon temelli empedans kontrol tasarımını ayrıca insan deneyleri ve sonuçlarını kapsar.
Farklı bacak uzunluğu ve ağırlığa sahip sağlıklı azami iki gönüllü (bir kadın ve bir erkek) ile yapılan testler sonucunda, geliştirilen rehabilitasyon robotik sisteminin ayak bileği ve diz rehabilitasyonunda pasif, aktif ve aktif yardımlı EHA rehabilitasyon egzersizlerini gerçekleştirebildiği gösterilmiştir.  
Bu çalışmanın literatüre katkısı; paralel robotun rijitlik, tekrarlanabilirlik gibi rehabilitasyon robotlarında önem teşkil eden avantajlarından faydalanıp aynı zamanda geliştirilen yeni ve özgün bir robotik mekanizma ile çalışma uzaylarının genişletilerek ayak bileği haricinde diz eklemine de rehabilitasyon yapabilen yeni bir robotik sistem geliştirilmiş olmasıdır.

Abstract:
Nowadays, the robotic usage areas in industry and daily life are increasing and various designs are being developed to fulfill applications by robots. Parallel robots have limited working space due to their closed chain kinematics. In addition, this kinematic structure gives the robot high position accuracy and rigidity. In rehabilitation robots; rigid structure and precise positioning are the most important factors, therefore parallel robots are suitable for rehabilitation applications. However, the limited working space of parallel robots limits the range of motion of the joint. For this reason, parallel structure rehabilitation robots in the literature have been developed for ankle rehabilitation. In this thesis; A new robot has been designed that provides passive and active rehabilitation of both ankle and knee by adding 7th linear actuator and a related mechanism to the Stewart Platform structured parallel robot structure and expanding the working space. Thesis; It covers the mechanical design of the robot, its electronic hardware, communication, the robot's mathematical infrastructure including kinematics and dynamics equations, PID and impedance control design for passive assistive and non-resistive active rehabilitation, as well as experiments on volunteers and their results.
As a result of tests with maximum two healthy volunteers (one male and one female) having different leg length and weight, it has been shown that the developed rehabilitation robotic system can perform passive, active, active assistive ROM rehabilitation exercises in ankle and knee rehabilitation.
The contribution of this study to the literature is that a new and novel robotic system has been developed that can rehabilitate the knee joint besides the ankle by expanding the working spaces with the original robotic mechanism developed, by taking advantage of the advantages of the parallel robot such as rigidity and repeatability, which are important in rehabilitation robots.