Bir giyilebilir alt vücut dış iskeleti tasarımı ve küçültülmüş prototip üretimi

Giyilebilir dış iskeletler; kökleri 1890 yılına kadar uzanan, son 40 yıldır ise robotik topluluğunun çektiği dikkatin sürekli arttığı bir çalışma alanıdır. Adından da anlaşılabileceği üzere bu cihazlar, insanlar tarafından giyilebilen, yönlendirilebilen, ya da kendisini giyen insanın hareketlerini kontrol edebilen robotik yapılardır. Bu potansiyel, bu yapıların savunma sanayisinden fizik tedaviye kadar, insan bedeninin dahil olduğu birçok alanda giyilebilir teknolojilerden yararlanma çabasını doğurmuştur. Bu tez kapsamında, yürüme yetisini kısmen ya da tamamen kaybetmiş veya yürüme rehabilitasyonuna ihtiyaç duyan insanların yarar sağlayabilmesi amacıyla bir giyilebilir dış iskelet geliştirilmiştir. Tahrik sistemi olarak pnömatik yapay kaslar kullanan bu yapı, insan vücudunun belden aşağısında kalan kalça, bacak ve ayak (alt vücut) uzuvlarının bir fonksiyonu olan yürüme eylemini kendi gerçekleştiren; dolayısıyla da kendisini giyen insanın yürümesini sağlayan robotik bir cihazdır. Bunun için öncelikle yapının mekanik tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarım için model olarak, 187 cm ve 80 kg ağırlığında bir insanın vücut ölçüleri kullanılmıştır. Mekanik tasarım aşaması tamamlandıktan sonra, istenen kriterleri sağlayan bir yürüme döngüsü elde edilmiş ve bu hareket döngüsü için gereken eklem açıları ters kinematik işlemiyle bulunmuştur. Mevcut çalışmada, elektrik motorları yerine pnömatik yapay kaslar kullanılması sebebiyle eklem açıları aktüatör girdisi olarak kullanılamamaktadır. Bu yüzden, yapay kas uzunluğu ve eklem açısı arasında bir matematiksel bağıntı elde edilmiş, bu sayede eldeki açılar girdi olarak kullanılabilecek hale getirilmiştir. Yürüme döngüsündeki kritik noktaların yük taşıma durumlarının tespiti için sonlu elemanlar yöntemiyle yapısal analiz gerçekleştirilmiştir. Yapılan analiz sonucunda, geliştirilen yapının bütün bir yürüme döngüsü boyunca üzerine uygulanan yükü taşıyabildiği, dengede kalabildiği, dolayısıyla da güvenli bir hareket sağlayabildiği görülmüştür. Son aşama olarak yapının; 3B yazıcı vasıtasıyla, %25 boyutunda ölçeklendirilmiş bir prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Aktüatör olarak ise, aynı oranda ölçeklendirilmiş, kese malzemesi olarak latex kullanan ve basınçlı hava ile şişip boyu kısalan mini bir yapay kas üretimi yapılmıştır. Küçültülmüş bir insan modeli üretilerek ve yapı bu modele giydirilmiştir. Tüm sistem yapay kas test ünitesine bağlanmış ve küçültülmüş prototipin davranışı incelenmiştir. Bu test sonucunda yapay kasların uzuvları birbirine çekerek öngörülen fonksiyonelliği sağladığı görülmüş; mekanizma olarak sistemin, eğilme problemleriyle karşılaşılmakla beraber, öngörülen döngü noktalarını izleyebildiği gözlemlenmiştir.