Design and development of torsion spring based series elastic actuator with nested encoders for wearable exoskeleton robot

Bu tez, yürüyemeyen veya vücudun alt ekstremite kısmında herhangi bir hareket sağlayamayan felçli veya felçli hasta için güçlendirilmiş bir dış iskelete güç sağlamak için bir dizi elastik aktüatör tasarımı önermektedir. Genellikle, aktif dış iskelet robotları, sert aktüatörlerle çalıştırılır. Bu nedenle rijit aktüatörler tork kontrol edilebilirliği hasta ile herhangi bir fizyolojik uyum ve fiziksel elastikiyet sağlamaz. Eyleyicideki fiziksel esneklik, dış iskeletin hareketi sırasında çevresel dış kuvvetleri telafi edebilir. Bu nedenle, dış iskeletin eklemlerinde oluşan torkun kontrol edilmesi, güvenli insan-robot etkileşimi sağlar. Seri elastik aktüatörler, motor ve seri elastik aktüatörün mekanik çıkışı arasında bulunan elastik eleman ile gelişmiş kontrol ve yüksek sadakat kontrolü sağlayabilmektedir. Bu tez araştırmasının ana amacı, hareket sırasında tork ölçümü ve kontrolü sağlamak için güçlendirilmiş bir dış iskelet için bir seri elastik aktüatör geliştirmek ve yüksek sadakat kontrolü için Seri Elastik Aktüatör ile donatılmış elastik elemanı optimize etmektir. Tork kontrol edilebilirliği sağlamak için özel bir burulma yayı üretilmiş ve seri elastik aktüatörün çıkış tarafına yerleştirilmiştir. Özellikle geliştirilen SEA modülleri, modüler, hafif ve yüksek tork-kütle oranına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca, bu elastik elemanın açısal yer değiştirmesinin ölçümü mekanik tasarım açısından zordur. Bu tasarım sorununu önlemek için çift şaftlı bir mekanizma önerildi. Bu mekanizmada yayı ve yay kodlayıcıyı birbirine bağlayan birinci mil, motora ve motor enkoderine bağlı olan ikinci milden geçer. Bu şekilde her iki kodlayıcı da SEA'nın aynı tarafına yerleştirildi. Ayrıca, aktüatöre uygulanan bir bozulma gözlemcisi (DoB) ile kademeli PID kontrolörünün sonuçlarıda bu tezde sunmaktadır.