Esnek Kıyafetli Giyilebilir Alt Gövde Dış İskelet Sistemi

Abstract

Dış iskelet robotlar, paraplejik kullanıcılara yürüme kazanımı sağlamakta etkin olarak kullanılabilmektedir. Ancak bu sistemlerde de geliştirilmesi gereken alanlar bulunmaktadır. Bu proje, dış iskelet robotlarının geliştirilmesinde özellikle şunlara odaklanmıştır: (i) İnsan-makina etkileşiminin konforlu ve sürdürülür hale getirilmesi (ii) İnsanın fiziksel durumunun ölçülebilirliğinin arttırılması (iii) Uyarlanabilir hiyerarşik kontrolcüler ile üst seviyede karar alma mekanizmalarının sağlanması. Dış iskelet kontrolünde karşılaşılan en önemli sorunlardan biri insanın fiziksel durumunun gözlemlenememesidir. Bu durum, insan-makina bütünleşik sisteminin kararlılığının belirlenmesinde sorun teşkil etmektedir. Bu projede, rijit bir dış iskelet sistemi ve dış iskelete entegre veri toplayabilen esnek algılayıcılarla donatılmış bir kıyafet geliştirilmiştir. İnsan-robot-çevre etkileşiminin gözlemlenmesi hiyerarşik kontrolcülerin uygulanmasına olanak vermiştir. Proje kapsamında geliştirilen prototip, klinik çalışma kapsamı dışında yapılan testler ile değerlendirilmiştir. Dış iskelet sisteminin üst düzey yörünge öğrenimi için öncelikle sağlıklı bireylerde yürüme verileri toplanmış, gösterimden öğrenme yaklaşımı izlenerek antropomorfik özelliklere göre yörünge üretimi öğrenilmiştir. Dış iskelet sistemine entegre edilen koltuk değneğine uygulanan kuvvetleri minimize eden son teknoloji pekiştirmeli öğrenme algoritmaları uygulanmıştır. Çevresel etkenleri algılama metotları geliştirilmiş ve çevresel etkenler, öğrenme sırasında aksiyona parametre olarak verilmiştir. Geliştirilen dış iskeletin kontrol algoritması öncelikle benzetim ortamında değerlendirilmiş daha sonra bir alt gövde dış iskeletinde gerçek-zamanlı olarak değerlendirilmiştir. Ek olarak dış iskelet sisteminin güvenli bir şekilde hareket etmesini sağlamak için kontrol sed fonksiyonları kullanılmış, simülasyonda oluşturulan engellerin, kontrol sed fonksiyonuyla çalışan robot modeli tarafından güvenli bir şekilde aşıldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca pekiştirmeli öğrenme temelli bir kontrolcü daha geliştirilmiş ve iki bacaklı robotlarda simülasyon ortamında denge bozucu momentum testleriyle doğrulanmıştır.