Sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robotun çeşitli kontrolcüler ile pozisyon takibi kontrol performansının değerlendirilmesi
Sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robotun çeşitli kontrolcüler ile pozisyon takibi kontrol performansının değerlendirilmesi
Yazar: Kılıç, Ergin; Şekerci, Bahri; Kızılhan, Hasbi; Başer, Özgür
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 35 No. 3, 2019
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Ayak bileği dış iskelet robot,Sertliği değiştirilebilir eyleyici,Karma Bulanık PD+PID kontrolcü,Pozisyon takibi kontrolü

İnsan alt uzuv eklemleri biyomekaniği literatürçalışmalarına göre ayak bileği kas-iskelet sistemi yürüme esnasında sürekliolarak eklem sertliğini değiştirmektedir. İnsan bileği ekleminin bu biyomekanikdavranışından esinlenilerek, VS-AnkleExo (Variable Stiffness Ankle Exoskeleton)isimli değişken sertliğe sahip bir eyleyici ile tahrik edilen ayak bileği dışiskelet robot tasarımı ortaya koyulmuştur. Sertliği değiştirilebilir bir bilekeklemi tasarımı ile esnek, güvenli ve biyomimetik bir hareket kabiliyetisağlamasına karşın dış etkiler altında kararlı ve hassas pozisyon takibininzorluğu bu tür yumuşak eyleyicilerin en büyük problemidir. Bu makalede,VS-AnkleExo üzerinde geleneksel Oransal İntegral Türev (Proportional DerivativeIntegral – PID ) kontrol yönteminin ve bulanık mantık teorisinin farklıtiplerde kombine edilmesi ile oluşturulan karma kontrolcülerin pozisyon takipperformansı ve dış bozuculara karşı duyarlılıkları deneysel olarak değerlendirilmiştir.VS-AnkleExo rehabilitasyon ve yürüme yardımı gibi uygulamalar içinkullanılacaktır. Bu uygulamalarda ise genellikle pozisyon takibine dayanantekrarlı hareket egzersizleri kullanılmaktadır. Bu kapsamda, çalışmada ilkolarak bozucu etkiler olmadan farklı referanslar için geleneksel PID, BulanıkPD, Bulanık PD+I, Bulanık PD+PID ve ZTS (Z, T ve S tip üyelik fonksiyonlu) BulanıkPD kontrolcülerin pozisyon takip performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanındevamında ise, bozucu kuvvetler karşısında önerilen kontrolcülerinduyarlılığını test etmek için bozuculu basamak ve sinüs eğrisi cevap deneylerigerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları, diğer kontrolcülere göre BulanıkPD+PID kontrolcünün pozisyon izleme hatalarını daha etkili azaltabildiğini ve dışarıdanuygulanan bozuculara karşı daha sağlam olduğunu göstermiştir. Ayrıca, pozisyontakibi deneyleri kapsamında, en başarılı olan Bulanık PD+PID kontrolcükullanılarak, gerçek insana ait bilek eklemi pozisyon verileri ile bir deneydaha gerçekleştirilmiş ve VS-AnkleExo robotun Bulanık PD+PID kontrolcü ilebirlikte gerçek insan verilerine dayalı hareket egzersizleri çalışmalarındakullanılabileceği gösterilmiştir.

İnsan alt uzuv eklemleri biyomekaniği literatürçalışmalarına göre ayak bileği kas-iskelet sistemi yürüme esnasında sürekliolarak eklem sertliğini değiştirmektedir. İnsan bileği ekleminin bu biyomekanikdavranışından esinlenilerek, VS-AnkleExo (Variable Stiffness Ankle Exoskeleton)isimli değişken sertliğe sahip bir eyleyici ile tahrik edilen ayak bileği dışiskelet robot tasarımı ortaya koyulmuştur. Sertliği değiştirilebilir bir bilekeklemi tasarımı ile esnek, güvenli ve biyomimetik bir hareket kabiliyetisağlamasına karşın dış etkiler altında kararlı ve hassas pozisyon takibininzorluğu bu tür yumuşak eyleyicilerin en büyük problemidir. Bu makalede,VS-AnkleExo üzerinde geleneksel Oransal İntegral Türev (Proportional DerivativeIntegral – PID ) kontrol yönteminin ve bulanık mantık teorisinin farklıtiplerde kombine edilmesi ile oluşturulan karma kontrolcülerin pozisyon takipperformansı ve dış bozuculara karşı duyarlılıkları deneysel olarak değerlendirilmiştir.VS-AnkleExo rehabilitasyon ve yürüme yardımı gibi uygulamalar içinkullanılacaktır. Bu uygulamalarda ise genellikle pozisyon takibine dayanantekrarlı hareket egzersizleri kullanılmaktadır. Bu kapsamda, çalışmada ilkolarak bozucu etkiler olmadan farklı referanslar için geleneksel PID, BulanıkPD, Bulanık PD+I, Bulanık PD+PID ve ZTS (Z, T ve S tip üyelik fonksiyonlu) BulanıkPD kontrolcülerin pozisyon takip performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanındevamında ise, bozucu kuvvetler karşısında önerilen kontrolcülerinduyarlılığını test etmek için bozuculu basamak ve sinüs eğrisi cevap deneylerigerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları, diğer kontrolcülere göre BulanıkPD+PID kontrolcünün pozisyon izleme hatalarını daha etkili azaltabildiğini ve dışarıdanuygulanan bozuculara karşı daha sağlam olduğunu göstermiştir. Ayrıca, pozisyontakibi deneyleri kapsamında, en başarılı olan Bulanık PD+PID kontrolcükullanılarak, gerçek insana ait bilek eklemi pozisyon verileri ile bir deneydaha gerçekleştirilmiş ve VS-AnkleExo robotun Bulanık PD+PID kontrolcü ilebirlikte gerçek insan verilerine dayalı hareket egzersizleri çalışmalarındakullanılabileceği gösterilmiştir.