Taşınabilir bilek rehabilitasyon robotu tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of portable wrist rehabilitation robot
Yazar: UMUT MAYETİN
Danışman: PROF. DR. SERDAR KÜÇÜK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Fizyoterapi ve Rehabilitasyon = Physiotherapy and Rehabilitation
Dizin: Rehabilitasyon = Rehabilitation ; Robot tasarımı = Robot design ; Robotlar = Robots

Özet:
Önkol ve bilek bölgesindeki yetersizlikler beslenme, kişisel hijyen, giyinme gibi günlük yaşam aktivitelerinin yapılmasını zorlaştırmaktadır. Bu çalışmanın amacı, bilek hareketlerinde kısıtlılığı olan bireylerin fizik tedavi ve rehabilitasyonunda kullanılmak üzere düşük maliyetli, üç serbestlik dereceli, taşınabilir bir robot tasarlamaktır. Literatürdeki el bileği rehabilitasyon robotu çalışmaları detaylı olarak incelenmiş ve dokuz başlık altında bir tablo ile karşılaştırılmıştır. Çok sayıda çalışma olmasına rağmen fizik tedavi merkezlerinde geleneksel tedavi yöntemlerinin hala yaygın olarak tercih edilmesi dikkat çekmektedir. Çalışmaların bir ürün olarak ticarileştirilmesinin önündeki engeller değerlendirildi. Ayrıca rehabilitasyon sürecinde tedaviye evde devam edilmesi önemle tavsiye edilir. Bu nedenle evde rehabilitasyonun devamını dikkate alan portatif bir robot tasarımı tercih edilmiştir. Bununla birlikte düşük maliyetli üretim süreci ön planda tutulmaktadır. Geliştirilen robot tasarımının kinematik ve dinamik eşitlikleri hesaplanmıştır. Rehabilitasyon robotunun kontrolü için elektronik donanımların tasarımları gerçekleştirildi. Elektronik sistem kontrolü için yüksek maliyetli hazır laboratuvar kitleri ve hazır sürücü kullanımından kaçınılmıştır. Hastanın egzersiz sürecindeki etkinliğinin belirlenmesi amacıyla üç serbestlik dereceli özel bir kuvvet sensörü geliştirildi. Hastanın egzersiz faaliyetlerine rehberlik etmek üzere insan-makine arayüz yazılımı geliştirildi. Egzersiz hareketlerinin yerine getirilmesinde konum ve kuvvet tabanlı empedans kontrol teknikler kullanıldı. Geliştirilen üç serbestlik dereceli bilek rehabilitasyon robotu, elektronik kontrol kartları, özel tasarım kuvvet sensörü ve ara yüz yazılımı kullanılarak aktif, pasif, ve aktif-asistan egzersizleri sağlıklı bir birey ile test edilmiştir. Elde edilen veriler tablolar ve grafikler ile ayrıntılı olarak sunulmuştur.

Abstract:
Disabilities in forearm and wrist region make it difficult to perform activities of daily living like nutrition, personal hygiene, and wearing. The aim of this study is to design a low-cost, three-degree-of-freedom, portable robot for use in physical therapy and rehabilitation of individuals with limitations in wrist movements. Wrist rehabilitation robot studies in the literature were examined in detail and compared with a Table under nine headings. Although there are many studies, it is noteworthy that traditional treatment methods are still widely preferred in physical therapy centers. Obstacles to the commercialization of these studies as a product are evaluated. In addition, it is highly recommended to continue the treatment at home during rehabilitation process. Therefore, a portable robot design is preferred that takes into account the continuation of rehabilitation at home. Furthermore, low-cost production process is prioritized. Kinematic and dynamic equations of the robot design are calculated. Electronic hardware are designed for control of robot. The use of high-cost ready-made laboratory kits and ready-made drivers for electronic system control is avoided. A special three-degree-of-freedom force sensor is developed to determine the patient's intention in exercise process. Human-machine interface software is developed to guide the patient's exercise activities. Position and force-based impedance control techniques are used to perform the exercise movements. Active, passive, and active-assistant exercises are tested with a healthy individual using the developed three-degree-of-freedom wrist rehabilitation robot, electronic control cards, specially designed force sensor, and interface software. The data obtained are presented in detail with tables and graphs.