Stability and control of a compass gait model walking with series-elastic ankle actuation

Pasif dinamik yürüme modelleri, eğimli yüzeylerde herhangi bir eyleyici olmaksızın insan benzeri bir yürüyüş sergileyebilen ve yürüme davranışının temel özelliklerini ifade edebilen modellerdir. Bunlar arasında en yaygın olanı, noktasal bir gövde ve iki bacaktan oluşan pasif pergel yürüyüş modelidir. Literatürde bu modele ve bu modelin gelişkin örneklerine eklenen çeşitli eyleyiciler ile eğimli yüzey gereksinimini ortadan kaldırarak yerçekim potensiyel enerjisi ile çarpışma kayıplarını dengeleyen çalışmalar mevcuttur. Bu tez çalışmasında, benzer bir amaca yönelik olarak, düz, eğimli ve engebeli yüzeylerde kararlı yürüyüş gerçekleştiren, ayak bileğinde seri-elastik eyleyici kullanılarak geliştirilmiş bir pergel yürüme modeli öne sürüp incelemekteyiz. Modelimiz insan yürüyüşünün topuk kalkışı fazında gerçekleşen itme eyleminin temel prensiplerini yakalamayı amaçlanmaktadır ve bir alt-vücut robotik ortezin ayak bileği kontrolünde kullanması hedeflenmektedir. Modelin karma dinamik denklemlerini türeterek düz ve eğimli yüzeylerde limit çevrimi yürüme profilleri elde ettik. Ardından, sistemin sabit noktalarını nümerik yöntemlerle belirledik ve Poincaré analiziyle, çeşitli sistem parametreleri için modelin düz ve eğimli yüzeyde asimptotik kararlı bir şekilde yürüyebildiğini gösterdik. Modelin, kaotik yürüyüş profillerine kadar varan, periyot katlanarak çatallanma rejimlerini bularak düz zeminde yürüyüş için limit çevrimlerinin ve kararlılıklarının yay sıkışması ve yay sabiti gibi sistem parametrelerine bağlılığını belirledik. Bilekteki yay uzunluğu üzerine geribesleme denetleyicisi kullanarak düz zemin yürüyüşlerinde sistem kararlılığını geliştirebileceğimizi gösterdik. Ardından, modelimizi engebeli yüzeyde yürütmek amacıyla kullandığımız çeşitli fonksiyonları elde etmek için modelimizin yay sıkışması ve zemin eğimi parametrelerine bağlı periyot katlanarak çatallanma bölgelerini belirleyip inceledik. Ayrıca, yay sıkışması üzerinde yüzey eğimi geribesleme denetleyicileri uygulayarak modelimizin engebeli yüzeylerdeki yürüyüş performansını değerlendirdik. Sonrasında, yay sıkışması üzerinde yüzey eğimi geribeslemesi ile birlikte temas bacağının tepe noktası hızının geribesleme denetleyicisi uygulayarak engebeli yüzeylerde yürüyüş performansının artırılabildiğini gösterdik. Bilek rahatsızlığı dolayısıyla doğal ve verimli yürüyemeyen hastalar için bilek ekleminde seri elastik eyleyici bulunan deneysel aktif bilek ayak ortez platformu geliştirilmiştir. Son olarak, aktif bilek ayak orteziyle aktif diz ortezini entegre ettik ve gerçekleştirdiğimiz deney sonuçlarından görüleceği üzere entegre platform verimli yürüyüş profilleri oluşturabilmektedir.