Development of a torque-controllable upper limb exoskeleton for industrial applications

Kronik üst vücut ağrı ve sakatlıkları, kişinin düzenli olarak kas-iskelet sistemini zorlayan dış kuvvetlere maruz kalması sonucu ortaya çıkan istenmeyen fiziksel rahatsızlıklardır. Bu semptomlar hem kişinin yaşam kalitesini hem de istihdam edilebilirliğini düşürmektedir. Bu rahatsızlıklar en çok ağır sanayide çalışan kişilerde ve fabrika işçilerinde (endüstri çalışanları) görülmekle birlikte, fiziksel olarak iş yapan herkeste görülebilmektedir. Bahsi geçen rahatsızlıkların önüne geçilmesi için üst vücut dış iskeletlerinin kullanımı pratik bir çözüm olarak görülmüştür. Bu sistemlerin kronik üst vücut ağrılarını engellemeye yönelik, yapılan fiziksel işin doğasına göre, iki temel yaklaşımı mevcuttur. Bunlardan ilki endüstri çalışanının iş yaparken ergonomik olarak zorlanmasını önleme; ikincisi ise ağır yük kaldıran endüstri çalışanına kuvvet desteği sağlayarak kas iskelet sistemine olan dış kuvvetleri azaltma şeklindedir. Bu bağlamda birçok endüstriyel alanda faaliyet gösteren şirket, çalışanlarının kullanması adına farklı tiplerde üst vücut dış iskeletleri temin etmişlerdir. Geliştirilen bu dış iskeletler hedefledikleri amacı gerçekleştirmek ile birlikte kullanıcıları tarafından yüksek oranda kabul görmemişlerdir. Bunun için pek çok farklı ve kişiye özel sebep olmakla beraber, en çok belirtilen sebepler potansiyel kullanıcıların güvenlik endişeleri ve sistemin vaat ettiği kolaylıkları sağlarken düşen hareket kabiliyeti ve işin yapılma süresini uzatması gibi başka tip zorluklar ortaya çıkarması şeklindedir. Bu tezin temel amacı endüstri çalışanlarının iş ortamlarında maruz kaldıkları dış kuvvetlere karşı destek olmakla birlikte, gürbüz eyleyici yapısı ve yenilikçi insan-makine ara yüzü barındıran, kullanıcı kabulü yüksek olması amaçlanan bir üst uzuv dış iskeleti geliştirmektir. Tez süresince 4 serbestlikli bir sol kol dış iskeleti geliştirilmiş; ilgili dış iskelet için 16 farklı noktadan uzuv kuvvet tepkisini gerçek zamanlı olarak okuyabilen ve işleyebilen ve bu sayede niyet kestirimi gerçekleştirebilen yenilikçi ve ağırlık/veri giriş oranı yüksek bir sensör yapısı ile donatılmış; ve de yüksek bağlılıklı tork kontrolü için geliştirilmiş Seri Elastik Eyleyiciler (SEE) ile tahriklenmiş. Geliştirilen SEE modüllerinin ilk versiyonları bu tez çalışmasının öncesinde gerçeklenmiş olup, bu tez kapsamında geliştirilen modüller önceki versiyonlardan tork/ağırlık oranının arttırılması, tahriklenme halindeyken ortaya çıkan mekanik aksaklıklar giderilmesi ve dönel kodlayıcılardan veri alımının mekanik olarak istikrarlı hale getirilmesi gibi iyileştirmeler gerçeklenmiştir.