Bir Ayak Bileği Rehabilitasyon Robotunun Tasarımı, Üretimi ve Kontrolü

Emre YILDIRIM

Mekatronik Mühendisliği Anabilim Dalı

Yüksek Lisans Tezi

Danışman: Prof. Dr. Erhan AKDOĞAN

Eş-Danışman: Doç. Dr. Tuğçe Özekli MISIRLIOĞLU

 

Bu tez çalışmasında, ayak bileğine yönelik fizik tedavi ve rehabilitasyon sürecinde doktor ve fizyoterapistlere yardımcı olmak üzere taşınabilir, kompakt yapıda, etkin ve güvenilir insan-robot etkileşimi sağlayan bir robotik rehabilitasyon sistemi geliştirilmiştir.

Bu kapsamda, ayak bileğinin biyomekanik ölçümlerini (eklem hareket açıklığı, eklem torku) hassas bir şekilde yapan, terapötik egzersiz türlerinden olan pasif germe egzersizini hibrit empedans kontrol yöntemi ile gerçekleştirebilen, evde kullanıma uygun bir robotik sistemin tasarımı, üretimi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir.

Pasif germe egzersizinin modellenmesi fizik tedavi ve rehabilitasyon uzmanı doktorlarla birlikte gerçekleştirilmiş ve fizyoterapistlerin klinikte manuel olarak uyguladığı germe egzersizinin geliştirilen robotik sistem tarafından başarıyla uygulanabildiği gösterilmiştir.

Sağlıklı ve hasta gönüllülerle yapılan test çalışmaları sonucunda, geliştirilen ayak bileği rehabilitasyon robotunun hassas bir şekilde biyomekanik ölçümleri yapabildiği ve ayak bileği fizik tedavi ve rehabilitasyonunu gerçekleştirebildiği ortaya konmuştur.

Klinik deneylerde kaydedilen veriler grafiksel olarak verilmiş, kullanılan hibrit empedans kontrolün insan-robot etkileşiminde etkinliği, hastanın güvenliği açısından uygunluğu ve fizyoterapistlerin manuel olarak yaptığı egzersizlerin düzgün bir şekilde robotik olarak modellenebilmesi incelenmiş ve sonuçlar ortaya konulmuştur.

Bu çalışmanın literatüre katkısı, hibrit empedans kontrol yöntemi ile fizyoterapistlerin gerçekleştirdiği manuel terapötik egzersizlerin modellendiği bir kontrol algoritmasına sahip, taşınabilir ve kompakt bir robotik mekanizma ile ayak bileği fizik tedavi ve rehabilitasyonunun gerçekleştirilebilmesidir.

Anahtar Kelimeler: Ayak bileği rehabilitasyonu, fizik tedavi ve rehabilitasyon, terapötik egzersiz, hibrit empedans kontrol, robotik rehabilitasyon

 

Design, Production and Control of an Ankle Rehabilitation Robot

Emre YILDIRIM

Department of Mechatronics Engineering

Master of Science Thesis

Supervisor: Prof. Dr. Erhan AKDOĞAN

Co-supervisor: Assoc. Prof. Dr. Tuğçe Özekli MISIRLIOĞLU

 

In this thesis study, it is developed a portable and compact robotic rehabilitation system for the ankle which provides effective and safe human-robot interaction to assist doctors and physiotherapists.

In this context, it is realized that design, production, and control of a robotic system that can measure biomechanical parameters (range of motion and torque of the ankle) sensitively, apply passive stretching which is a type of therapeutic exercise by using hybrid impedance control method.

Passive stretching exercise is modeled with the support of physical therapy and rehabilitation experts and doctors and it is shown that passive stretching exercise, which is manually applied by physiotherapists in the clinic, can be applied by the developed robotic system.

As a result of the clinical experiments performed with healthy and patient volunteers, it has been revealed that the developed ankle rehabilitation robot can make sensitive biomechanical measurements and performs physical therapy and rehabilitation for the ankle.

The data recorded in clinical experiments are given graphically, the effectiveness of the hybrid impedance control used in human-robot interaction, its suitability for patient safety, and the robotic modeling of the exercises performed manually by physiotherapists is analyzed and the results are presented.

The contribution of this study to the literature is the ability to perform ankle physical therapy and rehabilitation with a portable and compact robotic mechanism that uses hybrid impedance control method with a control algorithm modeling the manual therapeutic exercises performed by physiotherapists.

Keywords: Ankle rehabilitation, physical therapy and rehabilitation, therapeutic exercise, hybrid impedance control, robotic rehabilitation

 

Bu teze Ulusal Tez Merkezi’nden 709259 tez numarası aratılarak ulaşılabilir.