Rehabilitasyon egzersizleri için bir parmak diş iskelet mekanizması

Abstract

Bu çalışmada, özellikle inme ve yaralanmalar sonrasında rehabilitasyon amaçlı kompakt, düşük maliyetli ve iki serbestlik dereceli bir parmak dış iskeletinin tasarımı, prototip üretimi ve testleri sunulmuştur. Kompakt bir tasarım olması çalışmanın özgün yanı olarak parmak etrafında fazla-kısıtlı çift-küresel 6-çubuk mekanizması kullanılmıştır. Önce bir el işaret parmağının hareketi tespit edilmiş ve bu hareket uyarınca 6-çubuk mekanizmasının kinematik sentezi yapılmıştır. Literatürdeki kuvvet değerleri uyarınca iş hesabı yapılarak motor-tork gereksinimleri hesaplanmış ve uygun motorlar seçilmiştir. Servo motorların denetim için Arduino kartı ve Matlab Simulink kullanılmış ve mekanizma uzuvları büyük ölçüde 3D yazıcıda üretilmiş olup kişiye özel üretime yönelik bir sistem mimarisi oluşturulmuştur. Son olarak üretilen prototipin işlevsellik testleri gerçekleştirilmiştir. Ortaya çıkan çift-küresel 6-çubuk mekanizmalı bu ilk prototip ancak kavram kanıtlama amaçlı olup sonuçlar ile ileriki çalışmalara ışık tutmak hedeflenmiştir.

This paper addresses the design, prototyping and tests of a compact, cost-effective and two-degreeof- freedom finger exoskeleton system for rehabilitation of after-stroke and injured patients. As the main novelty of the system, an over-constrained double-spherical 6R mechanism is used around the finger to obtain a compact design. First, the desired motion of an index finger is determined and kinematic synthesis of the 6R mechanism is performed accordingly. Motor torque requirements are calculated using virtual work principle based on using force values available in the literature. Then appropriate motors are selected. Arduino control card and MATLAB Simulink are used to control the servo-motors, whereas the mechanism links are mainly 3D-printed which enables a system architecture for customized production. Finally, functional tests for the built prototype are carried out. This is merely a first prototype with a double-spherical 6R mechanism and serves as a proof-ofconcept. The results may shed light to further studies.