Bir üst uzuv rehabilitasyon robotunun tasarımı ve hibrid empedans kontrolü
Design and control of an upper limb rehabilitation robot using hybrid impedance control
Yazar: MURAT ATLIHAN
Danışman: DOÇ. ERHAN AKDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizyoterapi ve Rehabilitasyon = Physiotherapy and Rehabilitation ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, rehabilitasyon sürecinde fizyoterapistlere yardımcı olmak üzere bilek ve önkol rehabilitasyonuna yönelik bir robotik sistemin tasarımı, üretimi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Sisteme Fizyoterabot/w1 adı verilmiştir.

Tasarlanan sistemin pasif, aktif yardımlı ve aktif dirençli (izometrik, izotonik ve izokinetik) terapatik egzersizleri gerçekleştirebilmesi, kolay anlaşılır ve kullanılabilir bir kullanıcı arayüzüne sahip olması ve egzersiz sonuçlarını kayıt altına alacak ve bu yolla rehabilitasyon süreci boyunca hasta durumunun takip edilmesine olanak sağlayacak bir yazılım yapısına sahip olması amaçlanmıştır.

Bu amaçları gerçekleştirmek için, üç serbestlik dereceli, bilek için fleksiyon-ekstansiyon ve abdüksiyon-addüksiyon hareketlerini, önkol için ise pronasyon-supinasyon hareketlerini gerçekleştirebilen, uzuv boyutlarına göre ayarlanabilen bir robotik sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Sistemin kontrolü için bir insan-makine arayüzü geliştirilmiştir.

Robotun kontrolü için tek bir kontrol yapısı içinde konum ve kuvvet kontrolün mekanik empedansın da ayarlanarak gerçekleştirilmesine olanak sağlayan hibrid empedans kontrol yöntemi kullanılmıştır.
Tez çalışmasının literatüre katkısı, robotik sistemin üst uzuv rehabilitasyonuna yönelik olarak özgün bir mekanik tasarım yapısına sahip olması ve hibrid empedans kontrol yöntemi kullanılarak terapatik egzersizlerin modellendiği ilk çalışma olmasıdır. Robotik sistemin kontrol ve terapatik egzersizleri modelleme performansları sağlıklı deneklerle yapılan deneysel çalışmalar ile kanıtlanmıştır.

Abstract:
In this thesis, it is realized to design, produce and control of a robotic system, which is used for wrist and forearm rehabilitation and which helps the physiotherapist in the process of rehabilitation. The system is called Fizyoterabot/w1.

It is also aimed that the designed system can perform passive, active assistive and active resistive (isometric, isotonic and isokinetic) exercises, must have an easy interface to use and understand, can store the therapy results so can be possible to monitor the condition of the patient in the process of rehabilitation.

To realize these aims, a 3-dof (degree of freedom) robotic system was designed and produced in order to perform the movements flexion-extension, abduction-adduction for wrist and the movement pronation-supination for forearm and also in order to be adjustable according to the length of the limb. It was developed a human-machine interface in order to control the system.

Hybrid impedance control, which allows to control the position and force in one control structure by adjusting the mechanical impedance of the position and force control.
The contribution to literature of this thesis is having an originallity in mechanical design and being the first study which models the therapeutic exercises by using hybrid impedance control method.