Giyilebilir dış iskelet (eksoskeleton) tasarımı ve biyomekanik analizi

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: İSMAİL ÇALIKUŞU

Eş Danışman: Mehmet Bahadır Çetinkaya

Danışman: Esma Uzunhisarcıklı

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tezin amacı; fizik rehabilitasyonunda kullanılabilecek optimum bir alt ekstremite dış iskelet tasarımını insan-makine etkileşimini göz önüne alarak gerçekleştirmektir. Bu cihazların tasarımı karmaşık, zaman alan, insan yaşamı için tehlike ve riskler içeren ve oldukça maliyet gerektiren sistemlerdir. Bu nedenle, bu sistemlerin tasarlanmasında OpenSim, AnyBody gibi Kas-İskelet sistemi modelleme yazılımları kullanılmaktadır. Bu programlar sağladıkları avantaj ile prototip üretimlerin süresini azaltmakta, tasarım sırasında oluşabilecek riskleri ve prototip maliyetlerini minimuma indirmektedir. Bu çalışmada öncelikle insan makine etkileşimini incelemek için RoboGait Dış iskeletinin üzerinde Spinal Kord Yaralanmalı (SKY), Felçli v.b. hastalarda kullanılacak olan ve Solidworks programı kullanılarak tasarlanan A Glass Fiber malzemesinden yapılan bir alt ekstremite dış iskeleti tasarlanmıştır. Ayrıca, bu çalışmada literatürdeki çalışmalardan farklı olarak dış iskeletle yürümenin kas, eklem ve yer reaksiyon üzerindeki etkileri birlikte incelenmiştir. Tasarlanan bu alt ekstremite dış iskeletle AnyBody programında kas-iskelet vücut modeline giydirilerek iki yürüme döngüsü boyunca kas aktiviteleri, kas gücü, eklem momenti ve reaksiyon kuvveti üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Analiz sonucunda tasarlanan Eksoskeletonun kaslara ve eklemlere daha az yük bindirdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmada literatürdeki çalışmalara ek olarak hem kontrol hem de hasta grupları ayrı ayrı oluşturulmuş ve her iki grup için detaylı analizler yapılmıştır. Kontrol grubu nörolojik muayeneye tabi tutulmuş ve uzman doktor tarafından nörolojik bozukluk olmadığı onaylanmıştır. Daha sonra SKY ve inme tanısı alan bireyler hasta gruplarına dahil edilmiş ve kontrol grubuna ve hasta gruplarına RoboGait cihazı ile yürüme rehabilitasyonu uygulanmıştır. Robotik yürüyüş sırasında Gluteus Maximus (GMA), Gluteus Medius (GME), Iliopsoas (ILP), Biceps Femoris (BF), Vastus Medialis (VM), Medial Gastrochenimous (MG) ve Tibialis Anterior ( TA) eş zamanlı olarak kaydedilmiştir. Bu sinyallerden zaman, frekans ve istatistiksel özellikler açısından 26 farklı öznitelik parametresi çıkarılmıştır. Çıkarılan öznitelik vektörleri ile kas grubu robotik rehabilitasyonunun ne kadar verimli hale geldiği araştırılmıştır. Ayrıca çıkarılan bu öznitelikler MLP, SVM, KNN, RF ve Derin Öğrenme kullanılarak sınıflandırılmış ve daha sonra bu yaklaşımların sınıflandırma performansı üzerindeki etkinliği incelenmiştir.