Biyomimetik Tabanlı Fonksiyonel Yürüteç Tasarımı ve Dijital İnsan Modelleme İle Ergonomik Analizi

Abstract

Hastalık veya kaza gibi sebeplerle bireylerin bacak, diz, kalça vb. bölgelerinde ortopedik rahatsızlıklar meydana gelebilmektedir. Bu rahatsızlıkların tedavisinde, hastanın mümkün olan en kısa sürede iyileşebilmesi için fiziksel aktivitelere başlanması gereklidir. Baston, koltuk altı değneği, kanedyen ve yürüteç gibi ürünlerden destek alınarak hastanın daha kolay yürümesi sağlanmaktadır. Ayrıca, ileri yaştaki bireylerde kas ve iskelet sisteminin gücünü kaybetmesi sebebiyle meydana gelen denge sorununa engel olmak amacıyla yürüteçlerden faydalanılmaktadır. Bu çalışmada, biyomimetik yaklaşım kullanılarak modüler özellikte, fonksiyonel bir yürüteç tasarlanmıştır. Tasarımın modüler özelliği sayesinde ihtiyaç durumuna göre oturma birimi olma ve katlanabilme fonksiyonları bulunmaktadır. Yürüteç tasarımının ergonomik risk değerlendirmesi CATIA V5 yazılımındaki Hızlı Tüm Vücut Değerlendirmesi (Rapid Entire Body Assesment - REBA) ve Hızlı Üst Ekstremite Değerlendirmesi (Rapid Upper Limb Assessment - RULA) araçları ile Dijital İnsan Modelleme (Digital Human Modeling - DHM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre yürüteç tasarımında değişiklik gerektirecek seviyede bir egonomik risk değeri tespit edilmemiştir.

Keywords

• Biyomimetik
• ergonomi
• DHM
• yürüteç tasarımı

Biomimetic Based Functional Walker Design and Ergonomic Analysis with Digital Human Modeling

Abstract

Orthopedic disorders may occur in the leg, knee, hip etc. regions of the individuals due to illness or accident. In the treatment of these ailments, it is necessary to start physical activities in order for the patient to recover as soon as possible. The patient can walk more easily by getting support from products such as canes, armpit sticks, cane and walkers. In addition, walkers are used to prevent balance problems in elderly people due to the loss of strength of the musculoskeletal system. In this study, a functional and modular walker was designed using a biomimetic approach. Thanks to the modular feature of the design, it has the functions of being a seating unit and folding according to the need. Ergonomic risk assessment of the walker design was performed using the Rapid Entire Body Assessment (REBA) and Rapid Upper Limb Assessment (RULA) tools in CATIA V5 software using Digital Human Modeling (DHM). According to the analysis results, an ergonomic risk value that would require a change in the walker design was not determined.

Keywords

• Biomimetics
• ergonomics
• DHM
• walker design

References

1. [1] Miller, D. B., O’callaghan, J. P. "Aging, stress and the hippocampus", Ageing research reviews, 2005, 4 (2): 123-140.
2. [2] Pierson, F. M., Fairchild, S, L. “Principles and techniques of patient care”, Elsevier, Saunders, (2008).
3. [3] İnternet: http://eczacininsesi.com/index.php?yon=medikal&id=47. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
4. [4] İnternet: http://formedhealthcare.com/Tr/ortopedik_urunler/17/rehabilitasyon-urunleri/31/yurumeye-yardimci-cihazlar. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
5. [5] Furman, J., S. Cass. "Vestibular disorders: a case study approach", Oxford University Press, USA, (2003).
6. [6] İnternet: https://www.medikalportali.net/kanedyen-koltuk-degnegi-yurutec-rolator-nasil-kullanilir/. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
7. [7] İnternet: https://www.ahmetakgul.com.tr/index.php/uzmanliklar/gerontoloji-yaslanma-bilimi/1168-yaslilarda-egzersiz-rehabilitasyon-nasil-yapilmalidir. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
8. [8] Florini, J. R., Ewton, D. Z. Magri, K. A. "Hormones, growth factors, and myogenic differentiation", Annual review of physiology, 1991, 53: 201-216.

9. [9] İnternet: https://www.cankayaortopedi.com/hastalar-i%C3%A7in/ya%C5%9Fl%C4%B1-hastalarda-kal%C3%A7a-k%C4%B1r%C4%B1klar%C4%B1. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
10. [10] Anglin, C., Wyss, U. “Arm motion and load analysis of sit-to-stand, stand-to-sit, cane walking and lifting”, Clinical biomechanics, 2000, 15 (6): 441-448.
11. [11] Mustafaoğlu R., “Yaşlı Bireylerde Ağrıya Yaklaşım”, Yaşlı Bakımında Fiziksel Yaklaşımlar, İstanbul Üniversitesi Açık Ve Uzaktan Eğitim Fakültesi.
12. [12] Faruqui, S., Jaeblon, T. “Ambulatory Assistive Devices in Orthopedics: Uses and Modifications”, The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2010, 18 (1): 41-50.
13. [13] Wright, D. L., Kemp, T. L. “The dual-task methodology and assessing the attentional demands of ambulation with walking devices”, Phys Ther, 1992, 72 (4): 306-312.
14. [14] Kuday, I. “Tasarım Sürecinin Destekleyici Faktör Olarak Biyomimikri Kavramının İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, (2009).
15. [15] Benyus, J. M. “Biomimicry: Innovation inspired by natüre”, William Morrow and Company, New York, (1997).
16. [16] Repperger, D. W., Phillips, C. A., Neidhard-Doll, A., Reynolds, D. B., & Berlin, J. “Actuator design using biomimicry methods and a pneumatic muscle system”, Control Engineering Practice, 2006, 14 (9): 999-1009.
17. [17] Ball, P. “Natural Strategies For The Molecular Engineer”, Nanotechnology, 2002, 13 (5): R15.
18. [18] Vincent, J. F. V. “Stealing Ideas From Nature, Deployable Structures”, Springer-Verlag Wien, New York, (2001).
19. [19] Vincent, J. F. V., Bogatyreva, O. A., Bogatyrev, N. R., Bowyer, A., Pahl, A. K. Biomimetics: Its Practice And Theory, J. R. Soc. Interface, 2006, 3 (9): 471–482.
20. [20] Tavsan F., Sonmez E., "Biomimicry in Furniture Design", 7th World Conference on Educational Sciences, (WCES-2015), Athens, Greece, (2015).
21. [21] Top, N., Akboğa, K., Başak, H., Şahin, İ. “Design Of A Low-Volume Waitıng Unit For Airports Using Biomimetic Approaches”, Gazi University Journal of Science Part A: Engineering and Innovation, 2018, 5 (4): 191-202.
22. [22] Bar-Cohen, Y. “Biomimetics: using nature to inspire human innovation” Bioinspiration & Biomimetics, 2006, 1 (1), P1.
23. [23] Genç, M. “Doğa, Sanat ve Biyomimetik Bilim”, Sanatta Yeterlik Eseri Çalışması Raporu, Hacettepe Üniversitesi Güzel Sanatlar Enstitüsü, (2013).
24. [24] Yıldız, H. “Endüstri ürünleri tasarımı kapsamında biyomimetik tasarımın yeri ve metodolojisi”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2012).
25. [25] Hong, W., Jianfeng, X., Xiangmei, F. “A kind of underwater camera Biomimetic Fish”, China Patent, No: CN203996849U, (2014).
26. [26] Jacobsen, S. C., Olivier, M. X., Maclean, B. J. “Method of Sizing Actuators for a Biomimetic Mechanical Joint”, United States Patent, No: US20110213599A1, (2009).
27. [27] Loeb, G. E., Johansson, R. “Biomimetic tactile sensor”, United States Patent, No: US7658119B2, (2007).
28. [28] İnternet: https://asknature.org/strategy/rolling-into-a-ball-for-protection/. Erişim Tarihi: 15.12.2020.
29. [29] Karabetça, A. R. “Nature Inspired Architectural Designs: Using Biomimicry as a Design Strategy”. International Conference on New Trends in Architecture and Interior Design, 143-151, (2015).
30. [30] Benyus J.M. “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature”. Harper Perennial, (2002).
31. [31] İnternet: https://biomimicry.net/the-buzz/resources/biomimicry-designlens/. Erişim Tarihi: 02.01.2021.
32. [32] Wilson, J. R., Corlett, N. “Evaluation of human work”, CRC press, (2005).
33. [33] Ulijoszek, S. J., Mascie-Taylar, C. G. N. “Antropometry”, The Individual and The Population, Cambridge University Pres Great, Britain, (1994).
34. [34] Rodriguez-Añez, C. R. “Anthropometry and it application in ergonomics”, Brazilian Journal of Kinanthropometry and Human Performance, 2001, 3 (1): 102-108.
35. [35] Helvacılar, E. Eldem, C. "İnsan Faktörleri Mühendisliği Bakış Açısı İle Askeri Mesaj İşletim Sistemleri", Gazi Journal of Engineering Sciences, 2017, 3 (3): 41-46.
36. [36] Vink, P., Koningsveld, E. A. P., Molenbroek, J. F. “Positive Outcomes Of Participatory Ergonomics İnterms Of Greater Comfortand Higher Productivity”, Applied Ergonomics, 2006, 37 (4): 537-546.
37. [37] Zhang, B., Álvarez-Casado, E., Sandoval, S. G. T., Mondelo, P. “Using ergonomic digital human modeling in evaluation of workplace design and prevention of occupational hazards onboard fishing vessel” Departament d'Organització d'Empreses - Ponències/Comunicacions de congressos, (2010).
38. [38] Caputo, F., Greco, A., Fera, M., & Macchiaroli, R. “Digital twins to enhance the integration of ergonomics in the workplace design”, International Journal of Industrial Ergonomics, 2019, 71: 20-31.
39. [39] Takala, E. P., Pehkonen, I., Forsman, M., Hansson, G. Å., Mathiassen, S. E., Neumann, W. P., Sjøgaard, G., Veiersted, K. B., Westgaard, R. H., Winkel, J. “Systematic evaluation of observational methods assessing biomechanical exposures at work”, Scand J Work Environ Health, 2010, 36 (1): 3-24.
40. [40] Top, N. “Operasyonel Ofis Mobilyası Tasarımının RULA Yöntemi ile Ergonomik Analizi ve Yeniden Tasarımı”, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019, 5 (3): 290-299.
41. [41] Dockrell, S., O’Grady, E., Bennett, K., Mullarkey, C., Mc Connell, R., Ruddy, R., Twomey, S., Flannery, C. "An Investigation of the Reliability of Rapid Upper Limb Assessment (RULA) as a Method of Assessment of Children’s Computing Posture", Applied Ergonomics, 2012, 43 (3): 632-636.
42. [42] Eldem, C., Top., N. & Şahin, H. “Dijital insan modelleri kullanarak otomobil sürücüsü duruş pozisyonlarının ergonomik değerlendirilmesi üzerine bir çalışma”, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019, 5 (1): 22-31.
43. [43] Vaclav, S., Peterka, J., Pokorny, P. “Objective method for assembly”, In Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings., Viedeň, (2007).
44. [44] Qutubuddin, S. M., Hebbal, S. S., Kumar, A. C. S. “Ergonomic Risk Assessment using Postural Analysis Tools in a Bus Body Building Unit”, Industrial Engineering Letters, 2013, 3 (8): 10-20.