Aktif bir bilek ortez tasarımı ve denetimi

Abstract

Bu çalışmada dirsek bölgesinde tendon yırtığı veya inflamasyonu olan kimselerin ya da ön koldan itibaren hemiparezi (kısmi felç) olan hastaların hem rehabilitasyonları için hem de günlük ve mesleki hayat aktivitelerinin devamı için kullanılabilecek bir aktif bilek ortezin tasarımını ve denetimini amaçlamaktadır. Tasarlanan aktif bilek ortezi, ön kol ve bilek ile etkileşim halinde çalışabilen elektromekanik bir cihazdır. Bu cihaz, mesleği gereği gün içerisinde çok fazla tekrarlı bilek hareketleri yapmak zorunda kalan kimselerin bilek hareketlerine yardımcı olmak ve tıp literatüründe tenisçi-golfçü dirseği ve hemiparezi (kısmi felç) olarak bilinen hastalıklarının fizik tedavi uygulamaları için kullanılabilecektir. Gerçekleştirilen tez çalışmasının özgünlüğü, mesleğinden ötürü tekrarlı bilek hareketleri yapmak zorunda olan kimselerin dirsek bölgelerinde oluşan tendon yırtığı hastalıkların önlenmesi veya tedavisi için kullanılabilecek, bileğe yüksek seviyelerde tork takviyesinde bulunabilecek, mobil ve ergonomik bir bilek ortez tasarımını içermesidir. Cihazın kontrol sisteminin elektromiyografi (EMG) tabanlı tasarlanıp kullanıcı gayesinin her zaman ön planda tutulması, yani EMG sinyalleri üzerinden cihazın hareket denetiminin ve bileğe gelen dış yüklerin telafisinin eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi ve cihazın kullanıcısına özel uyarlanabilir olması gerçekleştirilen çalışmanın diğer yenilikçi yönlerini oluşturmaktadır. Tez çalışmaları kapsamında bir insan-makine etkileşimi oluşturulmuş ve tasarlanan mekanik yapının kontrolü için bulanık mantık denetim yöntemi kullanılmıştır. İnsan-makine etkileşimi temel olarak ön kol kaslarından ölçülen EMG sinyalleri üzerinde sağlanmaktadır. Değişik sinyal işleme algoritmaları ile ne kadarlık hareket desteğine ihtiyaç duyulacağı belirlenmekte ve daha sonra cihazın eyleyici sistemi devreye girerek kasları rahatlatacak kuvvet desteği bileğe aktarılmaktadır. Böylelikle bu tez çalışması kapsamında EMG sinyal girişlerini kullanan bir bulanık mantık denetleyici ile mekanik bir yapının sezgisel olarak kontrol edilmesi sağlanmıştır.

This study aims design and control of an active wrist orthosis which could be used both for the rehabilitation of patients having a hemiparesis beginning from forearm and also for the continuance of daily and professional activities of people having a tendon torn or inflammation at elbow location. Designed active wrist orthosis is an electromechanical device which can work interacting with forearm and wrist. This device could be used to assist the wrist movements of people who should perform excessively repetitive wrist motions due to their profession and could also be used for physical therapy of diseases which are known as tennis-golfer elbow and hemiparesis at the medicine literature. The contribution of the thesis study is to realize a mobile and an ergonomic wrist orthosis design which would have an ability of torque support to the wrist at high levels and could be used for the avoidance or the treatment of tendon torn diseases occurring at the elbow location for the ones who should make repetitive wrist movements due to their vocation. Designing an electromyography (EMG) based control system in order to keep the user intention at the first place always, that is, the motion control of the device and the compensation of the external loads are to be simultaneously performed and the adaptive property of the device to its user constitute the other innovative sides of the realized study. With in the scope of the thesis study, a human-machine interaction is created and a fuzzy logic control method is used to control the designed mechanical structure. The human-machine interaction was mainly provided over the EMG signals measured from the forearm muscles. First, the quantitiy of the motion support was predicted through the various signal processing algorithms, and then, the actuator system of the device comes into play by conveying necessary force support which will relieve the muscles. Hence, in the scope of this thesis study, a mechanical design is intuitively controlled with a fuzzy logic controller using EMG signal inputs.