İnsan vücudu üzerinde model tabanlı kuvvetlerin dinamik analizi
Dynamical analysis of model based forces on human body
Yazar: ŞAHİN ÇEVİK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SIDDIK MURAT YEŞİLOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Dinamik modelleme = Dynamic modelling ; Duruş = Posture ; Hareketli robotlar = Mobile robots ; Kinematik analiz = Kinematic analysis ; Paralel manipülatörler = Parallel manipulators ; Robotik = Robotics

Özet:
Bu çalışmada, herhangi bir duruş anındaki insan vücudu üzerinde kuvvetlerin ne şekilde dağıldığının incelenmesi amacıyla bilgisayar üzerinde bir insan modeli oluşturulmuş ve dinamik analiz yöntemi ile analizi yapılmıştır. İnsan vücudu her bir kolda yedi serbestlik derecesi, her bacakta altı serbestlik derecesi ve gövdede altı serbestlik derecesi olmak üzere 32 serbestlik dereceye sahiptir. Bilgisayar ortamında tasarlanan insan modeli ortalama bir insan ağırlığına sahip olup 32 serbestlik derecesi sayesinde insan ile aynı hareket kabiliyetine sahiptir. Modelleme yöntemi olarak Uzaysal Operatör Cebri yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin özyinelemeli yapısı, kararlılığı ve hızlı olması nedeniyle bir robot manipülatörünün hem kinematik analizi hem dinamik analizi oldukça doğru sonuçlar verecek şekilde yapılabilir. Bu yöntem ile insan benzeri modelin dinamik denklemleri çıkartılmış ve hazırlanan algoritma ile bilgisayar ortamında benzetimi yapılmıştır. Benzetimde iki farklı duruş pozisyonu için tüm eklemlerin serbest olduğu, bacak eklemlerinin kilitli olduğu ve kol eklemlerinin kilitli olduğu üç farklı senaryo çalıştırılmıştır. Benzetim anında vücuttaki bütün eklemlerin üzerine düşen tork ve kuvvetler anlık olarak gözlemlenebilmiştir. Model oldukça gerçeğe yakın davranışlar sergilemiş ve sonuçlar doğru bir şekilde elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, a human body simulation were developed and analyzed with dynamical analysis method to observe how the forces exerted on the human body was distributed at any given posture. Human body has a total of 32 degrees of freedom, seven of which are located on each of the legs, six are located on each of the arms and six are located on the body. Computer simulation model has an average human weight and has the similar movement ability like a human body due to the 32 Degrees of Freedom. Spatial Operator?s Algebra was used as the mathematical modeling technique. A robot manipulators? both kinematic and dynamic analysis could be made to give high precision results due to this technique?s recursive structure, stability and speed. Human like model?s dynamic equations were derived with this technique and computer simulation of the model was done with the prepared algorithm. In simulation, three different scenarios, which are all the joints, are free, joints of legs are locked and joints of arms are locked, were run for the two different posture positions. All the torks and forces exerted on the body were observed during the simulation. The model had presented very realistic behaviors and gave precise results.