Manyetoreolojik (MR) silindirli yarı etkin diz ekleminin sonlu durum denetimi
Finite state control of semi active knee joint with magnetorheological (MR) damper
Yazar: AMIRMAHDI SADEGHIMORAD
Danışman: DOÇ. DR. ATİLA YILMAZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, en genel anlamda MR silindirli yarı etkin diz protezinin sonlu durum denetimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda protezli yürüyüşlerin morfolojik olarak normal yürüyüşe benzerlikleri incelenmiş ve normal yürüyüşten elde edilen veriler temel referans veri olarak kullanılarak hata değerleri hesaplanmıştır. Görüntü tabanlı hareket inceleme sistemi tarafından hem protezli hem de normal yürüyüşlerin görüntüleri toplanmış ve yürüyüş özellikleri incelenmiştir. Protezli yürüyüşlerin başarımlarını incelemek için en yüksek diz açısı ve çevrim süresi kriterler olarak dikkate alınmış ve normal yürüyüşlerle karşılaştırılmıştır. Çalışmanın ikinci safhasında farklı hızlarda ve farklı silindir sertliklerle gerçekleşen yürüyüşlerde, kişilerin rahat olduğu silindir sertlikleri belirlenmiştir. Buna paralel olarak yürüyüş çevrimleri incelenmiş ve beş farklı evreye bölünmüştür. Evreleri kestirmek üzere, deneğin baldırına takılmış olan jiroskoptan, doğrudan hareket inceleme sistemi ile toplanan veriler normalize edilerek evre kestirimi yöntemi gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada elde edilen faz ve hız bilgileri üzerine MR silindirli protez için sonlu durum denetimi gerçekleştirilmiştir. Sonlu durum denetimini gerçekleştirmek için gerekli eşik değerleri de jiroskoptan toplanan verilerin normalize edilip nicelenmesi ile bulunmuştur. Bu eşik değerler kullanılarak denetim performansını yükseltecek kurallar belirlenmiş ve uygulanmıştır. Uygulama sonucunda yürüyüş çevrimi esnasında gerçekleşen evre belirleyici önemli olaylar birbirinden daha hatasız ayırt edilebilmektedir. Geliştirilen algoritma MR silindirli proteze uygulanmış ve farklı hızlarda, farklı deneklerde ve farklı evrelerde başarımları sınanmıştır. Son aşamada protezin denetimli ve denetimsiz durumlardaki başarımları incelenmiş, denetimli MR ve pnömatik silindirli protezlerin başarımları karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Diz Protezi, MR Silindir, Sonlu Durum Denetim

Abstract:
In this study, in the most general sense, the finite state control for the semi active knee prosthesis with MR cylinder is realized. For this purpose, the similarities between gaits with the prosthetics and the normal gaits are examined morphologically and the error values are determined by using reference data set obtained from healthy subjects. The images of the regular and prosthetic gaits are collected and analyzed by the image-based motion analysis system. In order to examine the performance of the prosthetics, the highest knee angle and gait cycle duration are taken into the consideration as performance criteria and compared the performances with those of regular gaits. In the second phase of the study, necessary cylinder stiffness levels are determined through the set of different gait tests on the different gait speeds and cylinder stiffness levels. In parallel to this effort, the gait cycles are examined and divided into five different gait phases. To predict the gait phases, the phase estimation method based on the normalized data collected from thigh gyroscope via direct type motion analysis system is implemented. The finite state control of the prosthesis with MR cylinder is developed on the information provided by gait phase and speed estimation. In this phase, necessary threshold values demanded by the control algorithm are defined on quantized gyroscope data. To improve the performance of the control algorithm, important rules using these thresholds are listed and used with the control algorithm. This increases the accuracy of the estimation of main events during the gait cycle. The control algorithm applied to the MR cylinder prosthesis has been tested for different gait phases, different gait speeds and different subjects. Finally, performances of the prosthesis for controlled and uncontrolled situations are investigated while performances of prostheses with pneumatic and MR cylinder on the similar control paradigm are compared.

Keywords: Knee Prosthesis, MR Cylinder, Finite State Control