TY  - JOUR
T1  - Sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robotun çeşitli kontrolcüler ile pozisyon takibi kontrol performansının değerlendirilmesi
AU  - Kılıç, Ergin
AU  - Şekerci, Bahri
AU  - Kızılhan, Hasbi
AU  - Başer, Özgür
PY  - 2020
DA  - April
Y2  - 2020
DO  - 10.17341/gazimmfd.520680
JF  - Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi
JO  - GUMMFD
PB  - Gazi Üniversitesi
WT  - DergiPark
SN  - 1300-1884
SP  - 1551
EP  - 1564
VL  - 35
IS  - 3
LA  - tr
AB  - İnsan alt uzuv eklemleri biyomekaniği literatürçalışmalarına göre ayak bileği kas-iskelet sistemi yürüme esnasında sürekliolarak eklem sertliğini değiştirmektedir. İnsan bileği ekleminin bu biyomekanikdavranışından esinlenilerek, VS-AnkleExo (Variable Stiffness Ankle Exoskeleton)isimli değişken sertliğe sahip bir eyleyici ile tahrik edilen ayak bileği dışiskelet robot tasarımı ortaya koyulmuştur. Sertliği değiştirilebilir bir bilekeklemi tasarımı ile esnek, güvenli ve biyomimetik bir hareket kabiliyetisağlamasına karşın dış etkiler altında kararlı ve hassas pozisyon takibininzorluğu bu tür yumuşak eyleyicilerin en büyük problemidir. Bu makalede,VS-AnkleExo üzerinde geleneksel Oransal İntegral Türev (Proportional DerivativeIntegral – PID ) kontrol yönteminin ve bulanık mantık teorisinin farklıtiplerde kombine edilmesi ile oluşturulan karma kontrolcülerin pozisyon takipperformansı ve dış bozuculara karşı duyarlılıkları deneysel olarak değerlendirilmiştir.VS-AnkleExo rehabilitasyon ve yürüme yardımı gibi uygulamalar içinkullanılacaktır. Bu uygulamalarda ise genellikle pozisyon takibine dayanantekrarlı hareket egzersizleri kullanılmaktadır. Bu kapsamda, çalışmada ilkolarak bozucu etkiler olmadan farklı referanslar için geleneksel PID, BulanıkPD, Bulanık PD+I, Bulanık PD+PID ve ZTS (Z, T ve S tip üyelik fonksiyonlu) BulanıkPD kontrolcülerin pozisyon takip performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanındevamında ise, bozucu kuvvetler karşısında önerilen kontrolcülerinduyarlılığını test etmek için bozuculu basamak ve sinüs eğrisi cevap deneylerigerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları, diğer kontrolcülere göre BulanıkPD+PID kontrolcünün pozisyon izleme hatalarını daha etkili azaltabildiğini ve dışarıdanuygulanan bozuculara karşı daha sağlam olduğunu göstermiştir. Ayrıca, pozisyontakibi deneyleri kapsamında, en başarılı olan Bulanık PD+PID kontrolcükullanılarak, gerçek insana ait bilek eklemi pozisyon verileri ile bir deneydaha gerçekleştirilmiş ve VS-AnkleExo robotun Bulanık PD+PID kontrolcü ilebirlikte gerçek insan verilerine dayalı hareket egzersizleri çalışmalarındakullanılabileceği gösterilmiştir.
KW  - Ayak bileği dış iskelet robot
KW  - Sertliği değiştirilebilir eyleyici
KW  - Karma Bulanık PD+PID kontrolcü
KW  - Pozisyon takibi kontrolü
CR  - [1]	Kazerooni H., Steger R. ve Huang L., “Hybrid control of the Berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX)”, The International Journal of Robotics Research, 25(5-6), 561-573, 2006.
CR  - [2]	Neuhaus P.D., Noorden J.H., Craig T.J., Torres T., Kirschbaum J. ve Pratt J.E., “Design and evaluation of Mina: A robotic orthosis for paraplegics”, In Rehabilitation Robotics (ICORR), 2011 IEEE International Conference on (pp. 1-8), 2011.
CR  - [3]	Suzuki K., Mito G., Kawamoto H., Hasegawa Y. ve Sankai Y., “Intention-based walking support for paraplegia patients with Robot Suit HAL”, Advanced Robotics, 21(12), 1441-1469, 2007.
CR  - [4]	Veneman J.F., Kruidhof R., Hekman E.E., Ekkelenkamp R., Van Asseldonk E.H. ve Van Der Kooij H., “Design and evaluation of the LOPES exoskeleton robot for interactive gait rehabilitation”, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 15(3), 379-386, 2007.
CR  - [5]	Van Ham R., Sugar T.G., Vanderborght B., Hollander K.W. ve Lefeber D., “Compliant actuator designs”, IEEE Robotics & Automation Magazine, 16(3), 2009.
CR  - [6]	Migliore S.A., Brown E.A. ve DeWeerth S.P., “Biologically inspired joint stiffness control”, In Robotics and Automation, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on (pp. 4508-4513), 2005.
CR  - [7]	Wang S., Wang L., Meijneke C., Van Asseldonk E., Hoellinger T., Cheron G. ve Tamburella F., “Design and control of the MINDWALKER exoskeleton”, IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering, 23(2), 277-286, 2015.
CR  - [8]	Kwa H.K., Noorden J.H., Missel M., Craig T., Pratt J.E. ve Neuhaus P.D., “Development of the IHMC mobility assist exoskeleton”, In Robotics and Automation, IEEE International Conference on pp. 2556-2562, 2009.
CR  - [9]	Pratt J.E., Krupp B.T., Morse C.J. ve Collins S.H., “The RoboKnee: an exoskeleton for enhancing strength and endurance during walking”, IEEE international conference on robotics and automation, proceedings, vol. 3, pp 2430–2435, 2004.
CR  - [10]	Cestari M., Sanz-Merodio D., Arevalo J.C., ve 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.
CR  - [11]	Cestari M., Sanz-Merodio D., Arevalo J. C., ve Garcia E., “An adjustable compliant joint for lower-limb exoskeletons”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 20(2), 889-898, 2015.
CR  - [12]	Zhu J., Wang Y., Jiang J., Sun B. ve Cao H., “Unidirectional variable stiffness hydraulic actuator for load-carrying knee exoskeleton”, International Journal of Advanced Robotic Systems, 14(1), 1729881416686955, 2017.
CR  - [13]	Vanderborght B., Tsagarakis N. G., Semini C., Van Ham R. ve Caldwell D.G., “MACCEPA 2.0: Adjustable compliant actuator with stiffening characteristic for energy efficient hopping”, In Robotics and Automation, 2009. ICRA'09. IEEE International Conference on (pp. 544-549). IEEE, 2009.
CR  - [14]	Jafari A., Tsagarakis N. G., Sardellitti I., ve Caldwell D.G., “A new actuator with adjustable stiffness based on a variable ratio lever mechanism”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 19(1), 55-63, 2014.
CR  - [15]	Liu L., Leonhardt S. ve Misgel B.J., “Design and control of a mechanical rotary variable impedance actuator”, Mechatronics, 39, 226-236, 2016.
CR  - [16]	Sun J., Zhang Y., Zhang C., Guo Z. ve Xiao X., “Mechanical design of a compact Serial Variable Stiffness Actuator (SVSA) based on lever mechanism”, In Robotics and Automation (ICRA), 2017 IEEE International Conference on (pp. 33-38). IEEE, 2017.
CR  - [17]	Tsagarakis N.G., Sardellitti I., ve Caldwell D. G., “A new variable stiffness actuator (CompAct-VSA): Design and modelling”, In Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011 IEEE/RSJ International Conference on (pp. 378-383). IEEE, 2011.
CR  - [18]	Dežman M., ve Gams A. “Rotatable cam-based variable-ratio lever compliant actuator for wearable devices”, Mechanism and Machine Theory, 130, 508-522, 2018.
CR  - [19]	Wolf S., ve Hirzinger G., “A new variable stiffness design: Matching requirements of the next robot generation”, In Robotics and Automation, IEEE International Conference on (pp. 1741-1746), 2008.
CR  - [20]	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.
CR  - [21]	Sun J., Guo Z., Sun D., He S., ve Xiao X., “Design, modeling and control of a novel compact, energy-efficient, and rotational serial variable stiffness actuator (SVSA-II)”, Mechanism and Machine Theory, 130, 123-136, 2018.
CR  - [22]	Schiavi R., Grioli G., Sen S. ve Bicchi A., “VSA-II: A novel prototype of variable stiffness actuator for safe and performing robots interacting with humans”, In Robotics and Automation, 2008, IEEE International Conference on (pp. 2171-2176), 2008.
CR  - [23]	Kim B.S. ve Song J.B., “Design and Control of a Variable Stiffness Actuator Based on Adjustable Moment Arm”, IEEE Trans. Robotics, 28(5), 1145-1151, 2012.
CR  - [24]	Zhang C., Liu G., Li C., Zhao J., Yu H. ve Zhu Y., “Development of a lower limb rehabilitation exoskeleton based on real-time gait detection and gait tracking”, Advances in Mechanical Engineering, 8(1), 1687814015627982, 2016.
CR  - [25]	Madani T., Daachi B. ve Djouani K., “Non-singular terminal sliding mode controller: Application to an actuated exoskeleton”, Mechatronics, 33, 136-145, 2016.
CR  - [26]	Cao F., Li C. ve Li Y., “Robust sliding mode adaptive control for lower extremity exoskeleton”, In Chinese Automation Congress (CAC), 2015 (pp. 400-405), 2015.
CR  - [27]	Guo Z., Pan Y., Sun T., Zhang Y. ve Xiao X., “Adaptive neural network control of serial variable stiffness actuators”, Complexity, 2017.
CR  - [28]	Shi P., Lei C., Zhang Y., Wang Y. ve Wang F., “PID control of the mechanical legs based on fuzzy adaptive”, In Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER), 2015 IEEE International Conference on (pp. 1965-1970), 2015.
CR  - [29]	Khosla A., Leena G. ve Soni M.K., “Performance evaluation of various control techniques for inverted pendulum”, Performance Evaluation, 3(4), 1096-1102, 2013.
CR  - [30]	Shamaei K., Sawicki G.S. ve Dollar A.M., “Estimation of quasi-stiffness and propulsive work of the human ankle in the stance phase of walking”, PloS one 2013, 8(3), e59935, 2013.
CR  - [31]	Kizilhan H., Baser O., Kilic E. ve Ulusoy N., “Comparison of controllable transmission ratio type variable stiffness actuator with antagonistic and pre-tension type actuators for the joints exoskeleton robots”, In 12th international conference on informatics in control, automation and robotics (ICINCO), vol. 2, pp 188–195, 2015.
CR  - [32]	Pan D., Gao F., Miao Y. ve Cao R., “Co-simulation research of a novel exoskeleton-human robot system on humanoid gaits with fuzzy-PID/PID algorithms”, Advances in Engineering Software, 79, 36-46, 2015.
CR  - [33]	Bovi G., Rabuffetti M., Mazzoleni P. and Ferrarin M., “A multiple-task gait analysis approach: kinematic, kinetic and EMG reference data for healthy young and adult subjects”, Gait & posture, 33(1), 6-13, 2011.
UR  - https://doi.org/10.17341/gazimmfd.520680
L1  - https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/1039972
ER  -