Alt eksteremite rehabilitasyonu odaklı robot tasarımı ve prototip üretimi
Design and prototype production of a robot focused on lower extremity rehabi̇li̇tation
Yazar: İSMAİL İLHAN KÜLAHLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLÇEN MUTLU MİTİL ; PROF. DR. GÖNÜL ACAR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Robot tasarımı = Robot design

Özet:
Dünya genelinde yardım ve rehabilitasyon ihtiyacı olan insan sayısı sürekli artmaktadır. Mühendislik ve teknolojideki ilerlemeler sayesinde, robotlar engelli bireylerin günlük yaşam aktivitelerine önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır. Özellikle fizyoterapi amaçlı kullanılan robotların hastaların mobilizasyonunda sağladığı avantajlar ve etkileri üzerine yapılan klinik çalışmalar, bu alanda yenilikçi yaklaşımların geliştirilmesine olan açık ihtiyacı vurgulamaktadır. Bu tez çalışması, 60 kg'a kadar bireyler için tasarlanmış, taşınabilir ve ayarlanabilir bir alt ekstremite robotik rehabilitasyonunun geliştirilmesini ele almaktadır. Çalışma, paralizi veya hareket kısıtlılığı olan bireyler için evde uygulanabilir, kişiselleştirilebilir bir tedavi seçeneği sunmayı amaçlamaktadır. Robot, kullanıcının fiziksel durumuna uyum sağlayabilen ayarlanabilir pedal mekanizmaları, kuvvet dağılımını optimize eden dinamik yapılar ve rehabilitasyon sürecini destekleyen programlanabilir hareket sekansları ile donatılmıştır. Sistem, ergonomik kullanımı sağlamak amacıyla üç boyutlu ortamda tasarlanmış ve CNC işleme merkezleri ile lazer kesim cihazlarında üretilmiştir. Robotun mekanik verimliliği; kinematik analizler, motor ve kuvvet iletimi ve yük analizleri ile test edilmiştir. Prototip cihazın adımlama mekanizması 1 serbestlik derecesine sahiptir. Mekanizma, redüktörlü DC motorlar tarafından kontrol edilmekte ve fonksiyonel adımlama hareketlerini sağlamaktadır. Alt ekstremite rehabilitasyon robotu, ayarlanabilir diz desteği ile yürüyüş ve ayakta durma egzersizleri sırasında destek sağlar. Diz desteği, kullanıcının bacak boyuna göre ayarlanabilir ve bir yay yardımıyla diz kilitlemesine yardımcı olur. Pedal mekanizması, adım boyunu dinamik olarak ayarlayarak bireysel yürüyüş paternlerini özelleştirir. Robot, rehabilitasyon sürecini kişiselleştirmeye olanak tanıyan taşınabilir ve kolay demonte edilebilir yapıdadır. Bu çalışma, alt ekstremite rehabilitasyonunda robotik yardımın potansiyelini vurgulayarak, rehabilitasyon maliyetlerini düşürebilir, tedaviye erişimi kolaylaştırabilir ve hastaların tedaviye uyumunu ve tedaviden gördüğü yararı artırabilir.

Abstract:
Globally, the number of individuals needing assistance and rehabilitation is continuously increasing. Advances in engineering and technology have enabled robots to significantly contribute to the daily life activities of disabled individuals. Clinical studies focusing on the advantages and impacts of therapy-oriented robots in patient mobilization highlight the urgent need for innovative approaches in this field. This thesis addresses the development of a portable and adjustable lower extremity robotic rehabilitation system designed for individuals up to 60 kg. The study aims to offer an applicable and customizable treatment option for individuals with paralysis or mobility restrictions, facilitating therapy at home. The robot is equipped with adjustable pedal mechanisms that adapt to the user's physical condition, dynamic structures that optimize force distribution, and programmable motion sequences that support the rehabilitation process. The system was designed in a three-dimensional environment for ergonomic use and was manufactured using CNC machining centers and laser cutting devices. Mechanical efficiency of robot; kinematic analyses, motor and force transmission, and load testing have been conducted to validate the prototype. The stepping mechanism of the device has one degree of freedom, controlled by geared DC motors that ensure functional stepping movements. The lower extremity rehabilitation robot provides support during walking and standing exercises with an adjustable knee support mechanism. This knee support can be adjusted to the leg length of the user and helps in locking the knee during exercise. The pedal mechanism dynamically adjusts the step length, customizing the walking pattern for individual needs. This study underscores the potential of robotic assistance in lower extremity rehabilitation, suggesting that such innovative approaches can reduce rehabilitation costs, ease access to treatment, and improve patient adherence to therapy.