Tahriksiz, giyilebilir ve ergonomik üst gövde dış iskelet sistemi geliştirilmesi
Development of non-powered, wearable and ergonomic upper extremity exoskeleton
Yazar: AHMET EMRE ÖÇAL
Danışman: DOÇ. DR. SEVDA TELLİ ÇETİN ; PROF. DR. HÜSEYİN LEKESİZ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Kas-iskelet sistemi hastalıkları çalışma ortamında insan vücudunun biyomekanik dayanımından fazla zorlanması, aynı işi sürekli ve tekrarlı yapması, yanlış pozisyonda duruş halinde iş yapması gibi durumlarda ortaya çıkmaktadır. Endüstride montaj, bakım, ağırlık kaldırma ve/veya taşıma gibi tekrarlı yapılan işlerde kasları ihtiyaç duyulduğu zamanlarda dinlendirmek oldukça önemlidir. Ancak bazı işler belirli tekrarlı hareketleri belirli sürelerde yapmayı gerektirmektedir ve bu durumlarda kas iskelet sistemi hastalıkları daha sık meydana gelmektedir. Son yıllarda kas-iskelet sistemi hastalıklarını önlemek için endüstriyel dış iskelet sistemleri geliştirilmeye ve kullanılmaya başlanmıştır. Dış iskelet sistemleri genel olarak insan tarafından giyilebilen ve fiziksel bir iş yaparken bu işi yapmaya yardımcı olan bir çeşit aparat veya yardımcı makine olarak tanımlanabilir. Çalışma kapsamında, operatörün fiziksel ve tekrarlı bir iş yapması durumunda kolunu havada tutmasına yardımcı olacak bir destek mekanizmasını da içeren endüstriyel dış iskelet sistemi geliştirilmiştir. Sistemin tasarımında, hesaplamalar iki farklı postür için yapılmıştır. Tasarım; kullanıcı dinlenirken, yürürken ve benzer günlük işleri yaparken istenmeyen zamanlarda mekanizmanın çalışmamasını, buna karşılık üst kolun anatomik duruş pozisyonundan 120 derece yukarı kaldırıldığında(fleksiyon) otomatik devreye girmesini sağlayacak şekilde yapılmıştır. Mekanizmadaki destek miktarı, farklı vücut yapısına sahip ve farklı işler yapan kişiler için ayarlanabilmekte ayrıca mekanizmanın devreden çıkış açısı da operatör tarafından belirlenebilmektedir. Yapılan çalışmada, geliştirilen ürünün değerlendirilmesi daha önce tanımlanan ve hesaplamaların yapıldığı iki farklı postür için laboratuvar ortamında on farklı kastan veri alınarak EMG testleriyle yapılmıştır. Dış iskelet sisteminin giyilmesiyle her iki postür için de kas aktivitesi ölçümleri önemli ölçüde azalmıştır. Bu, dış iskelet sisteminin omuz çevresindeki kas iskelet hastalıklarının azaltılmasına yardımcı olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Musculo-skeletal disorders occur when the human body is forced more than its biomechanical strength in the work place, doing the same work continuously and repetitively, carrying out work in the wrong position. It is very important to rest the muscles when needed during repetitive works such as assembly, maintenance, weight lifting and/or weight carrying in the industry. However, some tasks require performing certain repetitive movements for a certain period of time. So, musculoskeletal disorders occur more frequently in these cases. Lately, industrial exoskeletons have been developed and used to prevent musculoskeletal disorders. Exoskeletons can generally be defined as a kind of apparatus or auxiliary machine that can be worn by humans and helps to do repetitive tasks. Within the scope of the study, an industrial exoskeleton has been developed, including a support mechanism that will help the operator to keep his arm up during physical and repetitive tasks. Calculations have been done for two static postures. Mechanism designed such a way that the mechanism does not work in undesirable times like resting, walking etc. but, it is automatically activated when arm flexed 120 degrees from the anatomical position. The amount of support(moment) in the mechanism can be adjusted for people with different body structures and different jobs, and the deactivation angle of the mechanism can also be determined by the operator. In the study, the evaluation of the developed product was made with EMG tests by taking data from ten different muscles in the laboratory environment for two different postures that were previously defined and calculations were made. Muscle activity measurements for both postures were significantly reduced by wearing the exoskeleton. This shows that the exoskeleton system helps reduce musculo-skeletal disorders around the shoulder.