Ayak plakasız newton-euler tabanlı yürüyüş analizi ve diz destekleyici alt ekstremite dış iskelet tasarımına uygulanması

Giyilebilir dış iskeletler özellikle son 20 yılda araştırmacıların ilgilendiği bir alan olmuştur. Giyilebilir dış iskeletler kullanım amacına göre, askeri ve tıbbi/rehabilite amaçlı olmak üzere temelde ikiye ayrılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, Newton-Euler tabanlı ayak plakası kullanılmadan yer tepki kuvvetleri tahmin edilmeye çalışılmıştır. Ayrıca, hem diz eklemi aşındığı için yürüyüş hareketini ancak ağrılı bir şekilde gerçekleştirebilen ve ameliyat olması mümkün olamayan kişiler için hem de total diz ameliyatı öncesindeki süreçte rehabilite amaçlı dizdeki eklem hareket açıklığını (EHA) sağlayacak bir dış iskelet tasarımı, analizleri ve prototip üretimi hedeflenmiştir. Literatürde bu amaçla geliştirilen destek (brace) tipi giyilebilir dış iskelet yapıları mevcuttur. Bu tez çalışmasında ise farklı olarak tüm alt ekstremite için yerden destek alarak kullanılacak giyilebilir bir dış iskelet geliştirilmiştir. Ayrıca bu sistemde insan biyomekaniğine uygun şekilde diz eklemi menteşe bağlantısı ile sadece dönme hareketini değil, kullanılacak dört çubuk mekanizması sayesinde hem dönme hem de öteleme hareketi gerçekleştirecektir. Bu sayede, giyilebilir dış iskelet sistemi ile hem diz eklem açıklığının sağlanacağı, hem de kişinin alt ekstremite kas gruplarına fayda sağlayacağı düşünülmüştür. Tez kapsamında, literatürde yapılan çalışmalar incelenerek özellikle alt ekstremite üzerine yapılan çalışmalara odaklanılmıştır. İkinci bölümde yürüyüşün biyomekaniği ele alınarak konu ile ilgili bilgi verilmiştir. Ayrıca MATLAB yazılımı ve yürüyüş verileri kullanılarak bütün alt ekstremite uzuvlarının ve ağırlık merkezlerinin hareket simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu hesaplamalar Newton-Euler (denge) denklemleri kullanılarak sırasıyla; yer tepki kuvvetleri (YTK) ve Aşil tendonu kuvvetleri hesaplanmaştır. Yazılan MATLAB kodunun verdiği sonuçlar ile referans alınan deneysel verilerin büyük oranda uyuştuğu görülmüştür. Bu yaklaşım ile sadece antropometrik veriler, kinematik veriler ile atalet ölçüm birimi (IMU) sensörler kullanılarak ve kuvvet plakası olmadan YTK'ların tahmin edilebileceği gösterilmiştir. Geliştirilen giyilebilir dış iskelet, kişi ile eş zamanlı hareket edecek bir yapı olduğu için kişinin antropometrik ölçülerine göre tasarlanması gerekmektedir. Burada ayrıca bir çalışma olarak dış iskelet giyilen ve giyilmeyen durumlardaki Aşil tendonu kuvvetlerinin değerleri araştırılmıştır ve literatürdeki bir çalışma referans alınarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tezin buradan sonraki kısmında ise giyilebilir dış iskeletin tasarımı ele alınmıştır. Tezin prototip üretimine yönelik olan 3. bölümünde ise sistemin üretim aşamaları gösterilmiştir. Bu kısımda, EHA'nın sağlanması kritik öneme sahip olduğu için eklem hareketleri ile uyumlu şekilde hareket edebilecek kalça, diz ve ayak bileği eklemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Tez sonuç ve öneriler bölümüyle tez konusu ile ilgili ve/veya yakın olabilecek konular hakkında değerlendirme ve önerilerde bulunulmuştur.