Yumuşak robot temelli el rehabilitasyon cihazı tasarımı ve imalatı
Soft robot based hand rehabilitation device manufacturing and design
Yazar: GÖZDE GÜL AYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Günümüzde teknoloji geliştikçe sağlık alanında da yenilikler artmaya devam etmektedir. Son yıllarda hastalık tedavilerinde sıkça tercih edilen giyilebilir teknolojik yenilikler yer almaktadır. Hayat kalitesi açısından el sağlığı büyük öneme sahiptir. Bu sebeple bu tez çalışmasında da elin fizyolojik fonksiyonlarını kaybetmiş olan , felçli, inme geçiren vb. hastaların rehabilitasyon tedavilerini gerçekleştirebilmek amacıyla yumuşak robot tasarlanarak hastalara yardımcı olabilmesi hedeflenmiştir. Yumuşak robotlar el kaslarını, parmak hareketlerini taklit etme yeteneğine sahiptir. Bu sebeple yumuşak robotlar gün geçtikçe hastaların tedavilerinde kullanılması gittikçe artmaktadır. Tez çalışması kapsamında, el rehabilitasyonu konusunda sıkıntı yaşayan hastalar hedef alınmış olup, hastaların el egzersiz hareketlerini yapabilen, parmak hareketlerini destekleyen, hastaların tedavi sürelerinin kısaltılması hedeflenen, kullanışlı, maliyeti düşük, taşınabilir, gerektiğinde uzman fizyoterapistler tarafından takip edilebilen, basit, bireylerin tek başına kullanılabilir olmasını hedefleyen, el hareketlerini destekleyebilen, uyumlu bir mühendislik tasarımı bir cihaz tasarlamak amaçlanmaktadır. Öncelikle el rehabilitasyon alanında bugüne kadar yapılmış yumuşak robot temelli cihazlara geniş kapsamlı bir bakış açısıyla ele alınmıştır. Daha sonra tez çalışması kapsamında kullanılan metotlardan bahsedilmiştir. El rehabilitasyon cihazının parmak silikonlarının yapımında kullanılan silikon parmak modellerinin nasıl üretildiğinden ve silikonların çizimleri gösterilmiştir. Mühendislik tasarım adımlarına geçiş yaparak, kavramsal tasarım kapsamında tasarım şartnamesi ve o doğrultuda bu tez kapsamında ihtiyaç ve arzu bakımından ihtiyaç listesi hazırlanmıştır. Bu ihtiyaç listesi doğrultusunda fonksiyon yapıları oluşturulmuş olup, tüm fonksiyonlar ve alt fonksiyonlar belirlenmiştir. Belirlenen fonksiyonlara uygun tasarım çözüm prensipleri oluşturulmuştur. Tasarım çözümü alternatifleri arasından belirlenen ölçütlere göre tasarım çözümleri değerlendirilmiştir. Her bir ölçüte göre tasarım çözümleri ağırlık oranlarına göre hesaplanmıştır. Çıkan değerlere göre öne çıkan tasarım, tez kapsamına önerilen tasarım çözümü yani elin dorsal yüzeyine giydirilen modelin en uygun maliyetli ve kullanışlı model olacağı ön görülmüştür.  Tasarlanması planlanan her tasarım çözümü modelinin de çizimi gerçekleştirilmiştir. Elin dorsal, palmar ve aynı anda dorsal ve palmar yüzeylerine giydirilebilir cihazlar tasarlanmıştır. Her bir tasarım çözümünü detaylıca anlatılmıştır. Sonuç olarak tasarlanması planlanan tasarım çözümünün el rehabilitasyon egzersiz hareketleri yapabilmesi, maliyeti düşük, kullanıcı ve cihaz güvenliği yüksek bir cihaz tasarımı olabileceği değerlendirilmiştir.

Abstract:
Today, as technology develops, innovations in the field of health continue to increase. In recent years, there are wearable technological innovations that are frequently preferred in disease treatments. Hand health is of great importance in terms of quality of life. For this reason, in this thesis study, it is aimed to design a soft robot to help patients who have lost the physiological functions of the hand, paralyzed, stroke, etc. in order to perform rehabilitation treatments. Soft robots have the ability to mimic hand muscles and finger movements. For this reason, soft robots are increasingly being used in the treatment of patients day by day. Within the scope of the thesis study, patients who have difficulties in hand rehabilitation are targeted, and it is aimed to design a device that can perform hand exercise movements of patients, support finger movements, aim to shorten the treatment times of patients, useful, low cost, portable, can be followed by expert physiotherapists when necessary, simple, aiming to be used by individuals alone, supporting hand movements, and a compatible engineering design. First of all, soft robot-based devices in the field of hand rehabilitation have been discussed from a comprehensive perspective. Then, the methods used within the scope of the thesis are mentioned. How the silicone finger models used in the production of the finger silicones of the hand rehabilitation device are produced and the drawings of the silicones are shown. Moving on to the engineering design steps, a design specification was prepared within the scope of conceptual design and a list of requirements in terms of needs and desires within the scope of this thesis. Functional structures were created in line with this list of requirements, and all functions and sub-functions were determined. Design solution principles were created in accordance with the determined functions. Design solutions were evaluated according to the criteria determined among the design solution alternatives. According to each criterion, design solutions were calculated according to weight ratios. According to the values, it was predicted that the design solution proposed in this thesis, i.e. the model worn on the dorsal surface of the hand, would be the most cost-effective and useful model.  Each design solution model planned to be designed was also drawn. Devices that can be worn on the dorsal, palmar and simultaneously dorsal and palmar surfaces of the hand were designed. Each design solution is described in detail. As a result, it was evaluated that the design solution planned to be designed can be a device design that can perform hand rehabilitation exercise movements, has a low cost, high user and device safety.