Pasif bir alt ekstremite yürüyüş desteğinin biyomekanik tasarımı

Yürüyüş destekleri genel olarak bilinen adıyla dış iskeletler insan uzuvları ile etkileşim halinde çalışan, 1890 yılından günümüze kadar gelişerek, kullanan kişiye yardımcı olmak için tasarlanan giyilebilir cihazlardır. Dış iskeletler insan makine etkileşiminin artmasıyla günümüz teknolojisinde askeriye ve sağlık alanı başta olmak üzere endüstriyel ve sivil hayatta da kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışmasında uzun süre yürüyen kişiler için alt ekstremitede yürüyüş desteğinin biyomekanik tasarımı ve matematiksel modellemesi gerçekleştirilmiştir. Böylece uzun süreli yürüme nedeniyle alt ekstremitede ciddi sağlık problemleri oluşmadan çalışan kişilerin daha konforlu çalışabilmesi ve daha az metabolik enerji harcaması öngörülmektedir. Tasarımı yapılan model, boyu 1,80 m ve kütlesi 80 kg birinin vücut ölçüleri baz alınarak oluşturulmuştur. Yürüyüş desteği olarak tasarlanan sistem için öncelikli olarak yürüyüşün basma fazı alt evrelerinde yürüyüş desteği bulunmayan modelin tüm vücut serbest cisim diyagramı ve segment olarak elde edilmiş serbest cisim diyagramları oluşturularak denge denklemleriyle bilinmeyen kuvvetlerin ve ayak bileği momentinin bulunması sağlanmıştır. Yürüyüş desteği bulunmayan modeldeki denklemler oluşturulduktan sonra tasarımı yapılmış yürüyüş desteği modeliyle birlikte bulunan sistemdeki kuvvetlerin ve ayak bileği momentinin değişimini bulmak için denklemler oluşturulmuştur. Bulunan denklemler, yürüyüş çevriminin salınım fazında ayağın yerle teması çok az olduğu için basma fazının alt evrelerindeki ayağın konumu kullanılarak hesaplanmıştır. Matematiksel çözüm ile birlikte yürüyüş desteği bulunan ve bulunmayan alt ekstremite için Aşil tendon kuvveti, ayak bileğine etki eden kuvvetler ve ayak bileği momenti bulunmuştur. Oluşturulan modelin bilgisayar programında analizi yapılarak sistemin toplam deformasyonu ve sistemdeki yay kuvvetleri ile yaydaki uzama miktarları elde edilmiştir. Tasarımı ve hesaplaması yapılan model yardımıyla mekanik olarak çalışan ve yürüyüş sırasında ayağa gelen yükleri azaltarak metabolik enerjinin azalmasına yardımcı olan bir sistem önerilmiştir. Mekanik olarak çalışacak sistemde Aşil tendonuna gelen yükün azaltılması için tendona paralel ve yürüme sırasında harcanan metabolik enerjiyi azaltacak şekilde yaylar eklenerek daha sade bir sistem tasarlanmıştır. Böylece herhangi bir harici güç gereksinimine ihtiyaç duyulmadan bir yürüyüş desteği oluşturulmuştur.