Ayak bileği ekleminin EMG tabanlı sertlik kestirimi ve sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robot üzerinde gerçek zamanlı uygulaması
Ayak bileği ekleminin EMG tabanlı sertlik kestirimi ve sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robot üzerinde gerçek zamanlı uygulaması
Yazar: Kılıç, Ergin; Başer, Özgür; Kızılhan, Hasbi
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 36 No. 1, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Sertlik kestirimi,EMG sinyal işleme,Sertliği Değiştirilebilir Eyleyici,Empedans kontrol,Dış iskelet robotlar

İnsan kas-iskelet sistemi yürüme esnasında ayak bileği ekleminde sertliği devamlı değiştirerek esnek ve kararlı bir yürüme kabiliyeti sunmaktadır. Bilek ekleminin bu hareketini taklit edebilmek için hareket esnasında bilek ekleminin sertlik kestirimi önem arz etmektedir. Bu çalışmada bilek ekleminin EMG tabanlı bir model üzerinden sertlik kestirimi ve uygulanan kuvvet geri beslemeli empedans kontrol algoritması ile VS-AnkleExo-kullanıcı arasında düşük etkileşim torkları sağlanarak gerçek zamanlı robotun kullanıcıya ait sertlik değerini taklit edebildiği gösterilmiştir. Çalışmada öncelikle bilek ekleminin davranışını tanımlamak için iki adet kas tarafından tahrik edilen bir eklemden oluşan kas-iskelet model yaklaşımı kullanılmıştır. Bileğin plantar-fleksiyon ve dorsal fleksiyon hareketlerini sağlayacak kas kuvvetlerini oluşturmak amacıyla Mykin kas modelinden faydalanılmıştır. Daha sonra sinyal işleme yönetimleri ile elde edilen veriler ve ölçülen tork verileri kullanılarak Mykin modelindeki parametreler belirlenmiştir. Bu parametrelerin kestirimi sinyal işleme yöntemlerine göre farklılık gösterdiğinden, yapılan doğrulama deneyi ile EİD sinyal işleme yönteminin en uygun yöntem olduğuna karar verilmiştir. Bu yöntem ile bulunan biyomekanik parametreler Mykin modeli yardımıyla elde edilen denklemlerde yerine konarak bilek ekleminin sertlik kestirimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada son olarak bilek ekleminin kestirilen sertlik değeri gerçek zamanlı VS-AnkleExo’nun sertlik ayarlama mekanizmasına gönderilmiş ve kullanıcı-VS-AnkleExo arasında minimum etkileşim torku elde etmek için cihaz üzerinde kuvvet geri beslemeli bir empedans kontrol algoritması uygulaması gerçekleştirilmiştir.

İnsan kas-iskelet sistemi yürüme esnasında ayak bileği ekleminde sertliği devamlı değiştirerek esnek ve kararlı bir yürüme kabiliyeti sunmaktadır. Bilek ekleminin bu hareketini taklit edebilmek için hareket esnasında bilek ekleminin sertlik kestirimi önem arz etmektedir. Bu çalışmada bilek ekleminin EMG tabanlı bir model üzerinden sertlik kestirimi ve uygulanan kuvvet geri beslemeli empedans kontrol algoritması ile VS-AnkleExo-kullanıcı arasında düşük etkileşim torkları sağlanarak gerçek zamanlı robotun kullanıcıya ait sertlik değerini taklit edebildiği gösterilmiştir. Çalışmada öncelikle bilek ekleminin davranışını tanımlamak için iki adet kas tarafından tahrik edilen bir eklemden oluşan kas-iskelet model yaklaşımı kullanılmıştır. Bileğin plantar-fleksiyon ve dorsal fleksiyon hareketlerini sağlayacak kas kuvvetlerini oluşturmak amacıyla Mykin kas modelinden faydalanılmıştır. Daha sonra sinyal işleme yönetimleri ile elde edilen veriler ve ölçülen tork verileri kullanılarak Mykin modelindeki parametreler belirlenmiştir. Bu parametrelerin kestirimi sinyal işleme yöntemlerine göre farklılık gösterdiğinden, yapılan doğrulama deneyi ile EİD sinyal işleme yönteminin en uygun yöntem olduğuna karar verilmiştir. Bu yöntem ile bulunan biyomekanik parametreler Mykin modeli yardımıyla elde edilen denklemlerde yerine konarak bilek ekleminin sertlik kestirimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada son olarak bilek ekleminin kestirilen sertlik değeri gerçek zamanlı VS-AnkleExo’nun sertlik ayarlama mekanizmasına gönderilmiş ve kullanıcı-VS-AnkleExo arasında minimum etkileşim torku elde etmek için cihaz üzerinde kuvvet geri beslemeli bir empedans kontrol algoritması uygulaması gerçekleştirilmiştir.