KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi / 2021 / Cilt: 36 - Sayı: 1

Ayak bileği ekleminin EMG tabanlı sertlik kestirimi ve sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robot üzerinde gerçek zamanlı uygulaması

Ergin KILIÇ
Özgür BAŞER
Hasbi KIZILHAN
Sayfa
225–240
Yayın Tarihi
2020-12-01
DOI
—
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Çalışmada son olarak bilek ekleminin kestirilen sertlik değeri gerçek zamanlı VS-AnkleExo’nun sertlik ayarlama mekanizmasına gönderilmiş ve kullanıcı-VS-AnkleExo arasında minimum etkileşim torku elde etmek için cihaz üzerinde kuvvet geri beslemeli bir empedans kontrol algoritması uygulaması gerçekleştirilmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:İnsan kas-iskelet sistemi yürüme esnasında ayak bileği ekleminde sertliği devamlı değiştirerek esnek ve kararlı bir yürüme kabiliyeti sunmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bu çalışmada bilek ekleminin EMG tabanlı bir model üzerinden sertlik kestirimi ve uygulanan kuvvet geri beslemeli empedans kontrol algoritması ile VS-AnkleExo-kullanıcı arasında düşük etkileşim torkları sağlanarak gerçek zamanlı robotun kullanıcıya ait sertlik değerini taklit edebildiği gösterilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Çalışmada son olarak bilek ekleminin kestirilen sertlik değeri gerçek zamanlı VS-AnkleExo’nun sertlik ayarlama mekanizmasına gönderilmiş ve kullanıcı-VS-AnkleExo arasında minimum etkileşim torku elde etmek için cihaz üzerinde kuvvet geri beslemeli bir empedans kontrol algoritması uygulaması gerçekleştirilmiştir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Sertlik kestirimi · EMG sinyal işleme · Sertliği Değiştirilebilir Eyleyici

Özet

İnsan kas-iskelet sistemi yürüme esnasında ayak bileği ekleminde sertliği devamlı değiştirerek esnek ve kararlı bir yürüme kabiliyeti sunmaktadır. Bilek ekleminin bu hareketini taklit edebilmek için hareket esnasında bilek ekleminin sertlik kestirimi önem arz etmektedir. Bu çalışmada bilek ekleminin EMG tabanlı bir model üzerinden sertlik kestirimi ve uygulanan kuvvet geri beslemeli empedans kontrol algoritması ile VS-AnkleExo-kullanıcı arasında düşük etkileşim torkları sağlanarak gerçek zamanlı robotun kullanıcıya ait sertlik değerini taklit edebildiği gösterilmiştir. Çalışmada öncelikle bilek ekleminin davranışını tanımlamak için iki adet kas tarafından tahrik edilen bir eklemden oluşan kas-iskelet model yaklaşımı kullanılmıştır. Bileğin plantar-fleksiyon ve dorsal fleksiyon hareketlerini sağlayacak kas kuvvetlerini oluşturmak amacıyla Mykin kas modelinden faydalanılmıştır. Daha sonra sinyal işleme yönetimleri ile elde edilen veriler ve ölçülen tork verileri kullanılarak Mykin modelindeki parametreler belirlenmiştir. Bu parametrelerin kestirimi sinyal işleme yöntemlerine göre farklılık gösterdiğinden, yapılan doğrulama deneyi ile EİD sinyal işleme yönteminin en uygun yöntem olduğuna karar verilmiştir. Bu yöntem ile bulunan biyomekanik parametreler Mykin modeli yardımıyla elde edilen denklemlerde yerine konarak bilek ekleminin sertlik kestirimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada son olarak bilek ekleminin kestirilen sertlik değeri gerçek zamanlı VS-AnkleExo’nun sertlik ayarlama mekanizmasına gönderilmiş ve kullanıcı-VS-AnkleExo arasında minimum etkileşim torku elde etmek için cihaz üzerinde kuvvet geri beslemeli bir empedans kontrol algoritması uygulaması gerçekleştirilmiştir.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

KILIÇ, E., BAŞER, Ö., KIZILHAN, H. (2020). Ayak bileği ekleminin EMG tabanlı sertlik kestirimi ve sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robot üzerinde gerçek zamanlı uygulaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt: 36 - Sayı: 1, 225–240. https://ajindex.com/articles/88056

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (13)

  1. Migliore S.A., Brown E.A., DeWeerth S.P., Biologically inspired joint stiffness control, In Robotics and Automation, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference, 4508-4513, 2005
  2. Cestari M., Sanz-Merodio D., Arevalo J.C., Garcia E., ARES, a variable stiffness actuator with embedded force sensor for the ATLAS exoskeleton, Industrial Robot: An International Journal, 41 (6), 518-526, 2014
  3. Geeroms J., Flynn L., Jimenez-Fabian R., Vanderborght B., Lefeber D., Energetic analysis and optimization of a MACCEPA actuator in an ankle prosthesis, Autonomous Robots, 42 (1), 147-158, 2018
  4. Zhu J., Wang Y., Jiang J., Sun B., Cao H., Unidirectional variable stiffness hydraulic actuator for load-carrying knee exoskeleton, International Journal of Advanced Robotic Systems, 14(1), 1729881416686955, 2017
  5. Liu L., Leonhardt S. ve Misgel B.J., Design and control of a mechanical rotary variable impedance actuator, Mechatronics, 39, 226-236, 2016
  6. Baser O. ve Kizilhan H., Mechanical design and preliminary tests of VS-AnkleExo, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 40 (442), 1-16, 2018
  7. Ham, R., Sugar, T., Vanderborght, B., Hollander, K., Lefeber, D., Compliant actuator designs, Robotics Automation Magazine, IEEE, 16 (3), 81-94, 2004
  8. Burdet E., Osu R., Franklin D.W., Milner T.E., Kawato M. The central nervous system stabilizes unstable dynamics by learning optimal impedance, Nature, 414, 446–449, 2001
  9. Roy A., Krebs H.I., Patterson S.L., Judkins T.N., Forrester L.W., Hogan V., Measurement of Human Ankle Stiffness Using the Anklebot, Proceedings of the 2007 IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics, June 12-15, Noordwijk, The Netherlands, 1-4244-1320-6, 2007
  10. Van Eesbeek S. Van Der Helm F. Verhaegen M. De Vlugt, E., LPV subspace identification of time-variant joint impedance, In Proceedings of the 6th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER 2013), San Diego, CA, USA, 6–8 November 2013, 343-346, 2013
  11. Kearney R.E., Stein R.B., Parameswaran L., Identification of intrinsic and reflex contributions to human ankle stiffness dynamics, IEEE Trans. Biomed. Eng., 44, 493-504, 1997
  12. Misgeld B.J., Zhang T., Lüken M.J., Leonhardt, S., Model-Based Estimation of Ankle Joint Stiffness, Sensors, 17(4), 713, 2017
  13. Rouse E.J., Hargrove L.J., Perreault E.J., Kuiken T.A, Estimation of Human Ankle Impedance During the Stance Phase of Walking, IEEE Transactions