El- el bileği rehabilitasyonu için dinamik kontrollü robot geliştirilmesi
Development of a dynamically controlled robot for hand-wrist rehabilitation
Yazar: MUSA MARUL
Danışman: DOÇ. DR. NURHAN GÜRSEL ÖZMEN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Empedans = Impedance ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Optimizasyon = Optimization ; PID denetleme = PID control ; Robotik rehabilitasyon = Robotic rehabilitation

Özet:
Bu tez kapsamında, el-el bileği rehabilitasyonu için 18 serbestlik dereceli dinamik kontrollü bir robot geliştirilmiştir. El-el bileği rehabilitasyon robotlarının modellenmesi, kontrolü ve üretimi konularında literatürde pek çok çalışma olmasına rağmen, genellikle düşük serbestlik dereceli sistemlere ve geleneksel kontrol tekniklerine odaklanılmıştır. Bu çalışmada geliştirilen robot kişinin hayat kalitesini arttıran, klinik ve ev ortamında kullanılabilen, tedaviyi destekleyici, taşınabilir, giyilebilir ve kişiye uyarlanabilir bir yapıdadır. Robotun pasif, izometrik ve aktif egzersiz hareketlerini yapabilmesi amaçlanmıştır. Robotun matematiksel modeli basitleştirilmiş Lagrange Metodu ile elde edilmiştir. MATLAB/Simulink ortamında sistemin benzetimi yapılmış, eklemlerin kontrolü için HKKK ve HPID yöntemleri denenmiştir. Bu kontrol teknikleri bozucu etkisi altında Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ve Diferansiyel Gelişim Optimizasyonu (DGO) ile optimize edilmiştir. Prototip üretimi gerçekleştirilen dinamik kontrollü robot, sağlıklı bir kullanıcı üzerinde pasif, izometrik ve aktif egzersizler için test edilmiştir. Rehabilitasyon robotunun konum ve tork kontrolü yapılmıştır. Robot benzetim çalışmalarının sonuçları ve deneysel sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Sonuç olarak, geliştirilen rehabilitasyon robotunun planlanan egzersizleri başarılı bir şekilde gerçekleştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, an 18-degree-of-freedom dynamically controlled robot has been developed for hand-wrist rehabilitation. Although there are many studies in the literature on modeling, control and production of hand-wrist rehabilitation robots, they have generally focused on low-degree-of-freedom systems and traditional control techniques. The robot developed in this study is portable, wearable and adaptable to the person, which increases the quality of life of the person, can be used in clinical and home environments, and supports treatment. The robot is intended to perform passive, isometric and active exercise movements. The mathematical model of the robot is obtained by the simplified Lagrange Method. The system is simulated in the MATLAB/Simulink environment, and HSMC and HPID methods are tried for the control of the joints. These control techniques are optimized with Particle Swarm Optimization (PSO) and Differential Evolution Optimization (DGO) under the effect of disturbance. The dynamically controlled robot, whose prototype was produced, was tested on a healthy user for passive, isometric and active exercises. The position and torque control of the rehabilitation robot was performed. The results of the robot simulation studies and the experimental results were presented comparatively. As a result, it was seen that the developed rehabilitation robot successfully performed the planned exercises.