ELEKTRONİK DİZ PROTEZİ İÇİN YÜRÜYÜŞ HAREKET DENKLEMLERİNİN ÇÖZÜMLEMESİ VE ORANSAL TÜREVSEL DENETİM UYGULAMASI

Bu çalışmada elektronik diz protezi geliştirilmesine yönelik insan yürüyüş hareketi incelenmektedir. Kaynaklarda yer alan yürüyüş hareket denklemleri, robot kolları esas alınarak türetilmekte ve denklemlerin doğrulukları, rapor edilen gerçek yürüyüş verileri ile ileri çözümü yapılarak sınanmaktadır. İleri çözüm benzetimleri, incelenen yürüyüş hareket denklemlerinin, yürüyüşün salınım evresini tanımlayabildiği ancak duruş evresinde yer tepki kuvvetinin hesaba katılmadığını göstermiştir. Eklem torkları sağlanarak, oluşacak eklem açılarının bulunması için yürüyüş hareketi denkleminin ters çözümünün sayısal olarak benzetimi gerçekleştirilmiştir. Ters çözüm kullanılarak, elektronik diz protezlerinde kullanılabilecek bir denetim çatısı olarak oransal türevsel (OT) denetim yöntemi incelenmiştir. Diz sistemin girişi ve çıkışı olan torku ve açısı arasındaki doğrusal olmayan ilişki doğrusallaştırılarak, bir transfer fonksiyonu oluşturulmuştur. OT denetleyici ve bu transfer fonksiyonu kullanılarak denetimli bir diz eklemi sistemi oluşturulmuştur. Bu sistemin adım girişe kararlı tepki verdiği oransal ve türevsel kazançlar elle ayarlanarak ters çözüm ile belirlenmiştir. Tasarlanan sisteme gerçek diz açıları hedef değer olarak girildiğinde, sistemin ürettiği diz açısının hedef değerleri takip edebildiği gözlemlenmiştir. Sonuçlar OT denetim yönteminin, elektronik diz protezi modeli ile kullanımını desteklemekte ve denetim parametrelerinin benzetim ortamında incelenebilme kolaylığını ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler:

Elektronik diz üstü protezi, yürüyüş hareketi denklemi, oransal türevsel denetim, ters çözüm

PDF

___

Kay, H. W. ve Newman J. D., “Relatıve Incidences Of New Amputations: Statistical Comparisons Of 6,000 New Amputees”, Orthotics and Prosthetics, Cilt 29, No 2, 3 - 16, 1975.
Flowers, W. C., “Use Of An Amputee-Computer Interactive Facility In Above-Knee Prosthesis Research", ACM Annual Conference/Annual Meeting, New York, 335-339, 1974.
Desdicioğlu, K., “Articulatio genu’nun morfolojik özellikleri”, Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi, Cilt 15, No 1, 45-52, 2008.
Akdoğan, K. E., Pnömatik Ve Manyetoreolojik Silindirli Elektronik Diz Üstü Protezlerin Tasarımı Ve Geliştirilen Hareket İnceleme Sistemleri İle Karşılaştırılması, Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011.
Herr H. ve Wilkenfeld, A., “User-adaptive controlof a magnetorheological prosthetic knee”, Industrial Robot: An International Journal, Cilt 30, No 1, 42–55, 2003.
Zlatnik, D., Steiner, B. ve Schweitzer, G., “Finite-state control of a trans-femoral (TF) prosthesis”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Cilt 10, No 3, 408-420, 2002.
Wilkenfeld, A. J., Biologically Inspired Autoadaptive Control of a Knee Prosthesis, Doktora Tezi, Massachusetts Institute Of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science, 2000.
Peeraer, L., Aeyels, B. ve Van der Perre, G., “Development of EMG-based mode and intent recognition algorithms for a computer-controlled above-knee prosthesis”, Journal of Biomedical Engineering, Cilt. 12, No. 3, 178-182, 1990.
Carlson J. D., Matthis, W. ve Toscano, J. R., “Smart prosthetics based on magnetorheological fluids”, 8th Annual Symposium on Smart Structures and Materials, Newport Beach, 308-316, 2001.
Akdogan, K. E. ve Yilmaz, A., “Analysis of Direct Motion Measurement System for Design of Above Knee Prosthesis”, International Conference on Virtual Environments, Human-Computer Interfaces and Measurement Systems (VECIMS 2010), Taranto, 56-59 2010.
Akdogan, K. E. ve Yilmaz, A.,, “Radyal Tabanlı Fonksiyon Ağları ile Yürüyüş Hareketinin Ölçümü ve Analitik Yöntemlerle Başarımının Karşılaştırılması”, Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Toplantısı (BIYOMUT), İstanbul, 1-4, 2014.
Akdogan, K. E. ve Yilmaz, A., “Elektronik Diz Üstü Protez İçin Hareket Ölçüm Düzeneği Tasarımı”, Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Toplantısı (BIYOMUT), Antalya, 1-4, 2010.
Kim, J. H. ve Oh, J. H., “Development of an Above Knee Prosthesis using MR Damper and Leg Simulator”, IEEE International Conference on Robotics & Automation, Seoul, 3686-3691, 2001.
Winter D., Biomechanics and Motor Control of Human Movement, 3rd Edition, John Wiley & Sons, New Jersey, A.B.D., 2005.
Spong, M. W., Hutchinson, S., ve Vidyasagar, M., Robot Modeling and Control, 1st Edition, John Wiley & Sons, New Jersey, A.B.D., 2005.