Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Development and Control of a Low-Cost and Portable Robotic Device for Wrist Rehabilitation

Yıl 2019, Cilt: 24 Sayı: 3, 347 - 364, 31.12.2019
https://doi.org/10.17482/uumfd.609524

Öz

In this study, a low cost and portable robotic device has been developed for patients with
partial paralysis who have lost outward and twist wrist movements in the wrist. The main task of the
device is to allow patients with partial paralysis to recover more quickly by performing repetitive wrist
movements. The device is designed to allow the patient to perform wrist exercises comfortably in the
home environment without being dependent on rehabilitation centers and a medical staff. In this study, a
robotic orthesis device has been designed and manufactured with low cost. The flexion and extension
motion control of the wrist were applied on this device in passive and active modes. In passive
rehabilitation mode, oscillation movement at variable speeds and position control with potentiometer
were performed. In the active mode, the device control can be provided directly via EMG sensors and
according to the desire of the users, admittance control architecture is realized with the help of a force
sensor. In addition to being a portable (light and mobile), one of the most important goals in this study is low cost. For this aim, the performance / price ratio was tried to be kept at a reasonable level with the
selected hardware. Finally, this study was compared with similar another study but with a very high cost
in terms of the performance and cost.

Kaynakça

  • Aabdallah, I., Bouteraa Y. ve Rekik C. (2016) Design of smart robot for wrist rehabilitation, International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 9( 2), 1029-1053, doi: 10.21307/ijssis-2017-906
  • Abdallah, I. B., Bouteraa, Y. ve Rekik, C. (2017). Design and development of 3D printed myoelectric robotic exoskeleton for hand rehabilitation., International Journal on Smart Sensing & Intelligent Systems, 10(2), doi: 0.21307/ijssis-2017-210
  • AbdulKareem, A.H., Adila, A.S. ve Husi, G. (2018) Recent trends in robotic systems for upper-limb stroke recovery: a low-cost hand and wrist rehabilitation device, 2nd International Symposium on Small-scale Intelligent Manufacturing Systems (SIMS),1-6,doi: 10.1109/SIMS.2018.8355302
  • Akdoğan, E., Aktan, M.E., Koru, A.T., Arslan, M.S., Atlıhan, M. ve Kuran, B. (2018) Hybrid impedance control of a robot manipulator for wrist and forearm rehabilitation: performance analysis and clinical results, Mechatronics, 49, 77-91, doi.org/10.1016/j.mechatronics.2017.12.001
  • Allington, J., Spencer, S.J., Klein, J., Buell, M., Reinkensmeyer, D.J. ve Bobrow, J. (2011) Supinator extender (SUE): a pneumatically actuated robot for forearm/wrist rehabilitation after stroke, 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS, Boston, USA, doi: 10.1109/IEMBS.2011.6090459
  • Ambar R., Zakaria M.F., Ahmad M.S., Muji S. Z. ve Jamil M.M.A., 2017. Development of a Home-based Wrist Rehabilitation System. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 7(6), 3153-3163, doi: 10.11591/ijece.v7i6.pp3153-3163
  • Bartlett NW, Lyau, V, Raiford WA, Holland D, Gafford JB, Ellis TD, Walsh CJ, 2015. A Soft Robotic Orthosis for Wrist Rehabilitation. Journal of Medical Devices, 9, 030918: 1-3, doi: 10.1115/1.4030554
  • Blank, A., O'Malley, M.K., Gerard, E.F., Jose, L. ve Contreras-Vidal Senior Member (2013) A Pre-clinical framework for neural control of a therapeutic upper-limb exoskeleton, 6th Annual International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering, 1159-1162, doi: 10.1109/NER.2013.6696144
  • Carrozza, M.C., Pak, N.N., Cattin, E., Vecchi, F., Marinelli, M. ve Dario P. (2004) On the design of an exoskeleton for neurorehabilitation: design rules and preliminary prototype, 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, CA, USA: 4807-4810, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1404330
  • Cruz, M.K. (1995) Active wrist brace, US 5653680 patent, USA.
  • Erdoğan, A., Satıcı, A.C. ve Patoglu V. (2011) Passive velocity field control of a forearm-wrist rehabilitation robot, IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics,1-8, doi: 10.1109/ICORR.2011.5975433
  • Gupta, A., O'Malley, M.K., Patoglu, V. ve Burgar, C. (2008) Design, control and performance of ricewrist: a force feedback wrist exoskeleton for rehabilitation and training, The International Journal of Robotics Research, 27(2), 233-251, doi: 10.1177/0278364907084261
  • Hoffman, H.B. ve Blakey, G.L. (2011) New design of dynamic orthoses for neurological conditions. NeuroRehabilitation, 28(1): 55-61, doi: 10.3233/NRE-2011-0632
  • Hogan, N., Krebs, H.I., Charnnarong, J., Srikrishna, P. ve Sharon, A. (1992) MIT- MANUS: a workstation for manual therapy and training, I, IEEE International Workshop on Robot and Human Communication,161-165, doi: 10.1109/ROMAN.1992.253895
  • Just, F., Baur, K., Riener, R., Klamroth-Marganska, V. ve Rauter, G. (2016) Online adaptive compensation of the armin rehabilitation robot, 6th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 8, 747-752, doi: 10.1109/BIOROB.2016.7523716
  • Khokhar, Z.O., Xiao, Z.G. ve Menon, C., 2010. Surface EMG pattern recognition for real-time control of a wrist exoskeleton, BioMedical Engineering, 9(1), 41, doi:10.1186/1475-925X-9-41
  • Kılıç, E. ve Doğan, E. (2017) Design and fuzzy logic control of an active wrist orthosis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, 231 (8), 728-746, doi:10.1177/0954411917705408
  • Koeneman, E.J., Schultz, R.S., Wolf, S.L., Herring, D.E. ve Koeneman, J.B. (2004) A pneumatic muscle hand therapy device, 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, 41(1), 2711-2713, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1403777
  • Marangoz, S. (2006) Ortopedi ve Türkçe: bazı ortopedi terimlerine Türkçe karşılık önerileri, Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliği Derneği Dergisi, 5(3), 89-93.
  • Schmidt, H., Hesse, S., Werner, C. ve Bardeleben, A. (2004) Upper and lower extremity robotic devices to promote motor recovery after stroke - recent developments, The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 6(2), 4825-4828, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1404335
  • Takahashi, C.D., Der-Yeghiaian, L., Le, V.H. ve Cramer, S.C. (2005). A robotic device for hand motor therapy after stroke, 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, 17-20, doi: 10.1109/ICORR.2005.1501041
  • Wang, M. (2014) Design and analysis of an adjustable wrist rehabilitation robot. A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Applied Science, University of Ontario Institute of Technology.
  • Williams, D.J., Krebs, H.I. ve Hogan N. (2001) A robot for wrist rehabilitation. IEEE International Conference of Engineering Medicine and Biology Society, 2: 1336-1339, doi: 10.1109/IEMBS.2001.1020443

BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ

Yıl 2019, Cilt: 24 Sayı: 3, 347 - 364, 31.12.2019
https://doi.org/10.17482/uumfd.609524

Öz

Bu çalışma kapsamında, el bileğinde dışa büküm ve içe büküm bilek hareketlerini kaybetmiş kısmi
felçli hastalar için düşük maliyetli ve taşınabilir bir robotik rehabilitasyon cihazı geliştirilmiştir. Aktif
bilek ortezi olarak tanımlanan bu cihaz ile rehabilitasyon merkezlerine ve bir sağlık personeline bağımlı
kalmaksızın herhangi bir ortamında felçli hastalara tekrarlı bilek hareketlerinin yaptırılması
amaçlanmıştır. Bu amaç için bir robotik ortez tasarımı yapılıp prototip üretimi tamamlanmıştır. Bu
prototip üzerinde elin ekstansiyon ve fleksiyon hareketlerinin konum kontrolü hem pasif hem de aktif
rehabilitasyon modlarında yapılabilmektedir. Pasif rehabilitasyon modunda değişken hızlarda salınım
hareketi bir potansiyometre yardımıyla gerçekleştirilirken aktif rehabilitasyon modunda ise EMG
algılayıcıları üzerinden konum kontrolü, kuvvet sensörü üzerinden ise bir admitans türü kontrol mimarisi
yardımıyla dirençli egzersiz uygulamaları tamamen cihaz kullanıcısının isteği/gayesi doğrultusunda
gerçekleşmektedir. Tasarlanan bilek ortezinin mobil olmasının yanında en önemli hedeflerden biri de
düşük maliyetli olmasıdır. Cihazdan istenen performansı yerine getirebilecek ölçüde donanım
elemanlarının kullanılması ile performans/fiyat oranı en üst seviyede tutulmaya çalışılmıştır. Son olarak
literatürde bu çalışmaya benzer fakat maliyeti oldukça yüksek bir başka çalışma ile performans ve maliyet
yönüyle karşılaştırma yapılmıştır

Kaynakça

  • Aabdallah, I., Bouteraa Y. ve Rekik C. (2016) Design of smart robot for wrist rehabilitation, International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 9( 2), 1029-1053, doi: 10.21307/ijssis-2017-906
  • Abdallah, I. B., Bouteraa, Y. ve Rekik, C. (2017). Design and development of 3D printed myoelectric robotic exoskeleton for hand rehabilitation., International Journal on Smart Sensing & Intelligent Systems, 10(2), doi: 0.21307/ijssis-2017-210
  • AbdulKareem, A.H., Adila, A.S. ve Husi, G. (2018) Recent trends in robotic systems for upper-limb stroke recovery: a low-cost hand and wrist rehabilitation device, 2nd International Symposium on Small-scale Intelligent Manufacturing Systems (SIMS),1-6,doi: 10.1109/SIMS.2018.8355302
  • Akdoğan, E., Aktan, M.E., Koru, A.T., Arslan, M.S., Atlıhan, M. ve Kuran, B. (2018) Hybrid impedance control of a robot manipulator for wrist and forearm rehabilitation: performance analysis and clinical results, Mechatronics, 49, 77-91, doi.org/10.1016/j.mechatronics.2017.12.001
  • Allington, J., Spencer, S.J., Klein, J., Buell, M., Reinkensmeyer, D.J. ve Bobrow, J. (2011) Supinator extender (SUE): a pneumatically actuated robot for forearm/wrist rehabilitation after stroke, 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS, Boston, USA, doi: 10.1109/IEMBS.2011.6090459
  • Ambar R., Zakaria M.F., Ahmad M.S., Muji S. Z. ve Jamil M.M.A., 2017. Development of a Home-based Wrist Rehabilitation System. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 7(6), 3153-3163, doi: 10.11591/ijece.v7i6.pp3153-3163
  • Bartlett NW, Lyau, V, Raiford WA, Holland D, Gafford JB, Ellis TD, Walsh CJ, 2015. A Soft Robotic Orthosis for Wrist Rehabilitation. Journal of Medical Devices, 9, 030918: 1-3, doi: 10.1115/1.4030554
  • Blank, A., O'Malley, M.K., Gerard, E.F., Jose, L. ve Contreras-Vidal Senior Member (2013) A Pre-clinical framework for neural control of a therapeutic upper-limb exoskeleton, 6th Annual International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering, 1159-1162, doi: 10.1109/NER.2013.6696144
  • Carrozza, M.C., Pak, N.N., Cattin, E., Vecchi, F., Marinelli, M. ve Dario P. (2004) On the design of an exoskeleton for neurorehabilitation: design rules and preliminary prototype, 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, CA, USA: 4807-4810, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1404330
  • Cruz, M.K. (1995) Active wrist brace, US 5653680 patent, USA.
  • Erdoğan, A., Satıcı, A.C. ve Patoglu V. (2011) Passive velocity field control of a forearm-wrist rehabilitation robot, IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics,1-8, doi: 10.1109/ICORR.2011.5975433
  • Gupta, A., O'Malley, M.K., Patoglu, V. ve Burgar, C. (2008) Design, control and performance of ricewrist: a force feedback wrist exoskeleton for rehabilitation and training, The International Journal of Robotics Research, 27(2), 233-251, doi: 10.1177/0278364907084261
  • Hoffman, H.B. ve Blakey, G.L. (2011) New design of dynamic orthoses for neurological conditions. NeuroRehabilitation, 28(1): 55-61, doi: 10.3233/NRE-2011-0632
  • Hogan, N., Krebs, H.I., Charnnarong, J., Srikrishna, P. ve Sharon, A. (1992) MIT- MANUS: a workstation for manual therapy and training, I, IEEE International Workshop on Robot and Human Communication,161-165, doi: 10.1109/ROMAN.1992.253895
  • Just, F., Baur, K., Riener, R., Klamroth-Marganska, V. ve Rauter, G. (2016) Online adaptive compensation of the armin rehabilitation robot, 6th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 8, 747-752, doi: 10.1109/BIOROB.2016.7523716
  • Khokhar, Z.O., Xiao, Z.G. ve Menon, C., 2010. Surface EMG pattern recognition for real-time control of a wrist exoskeleton, BioMedical Engineering, 9(1), 41, doi:10.1186/1475-925X-9-41
  • Kılıç, E. ve Doğan, E. (2017) Design and fuzzy logic control of an active wrist orthosis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, 231 (8), 728-746, doi:10.1177/0954411917705408
  • Koeneman, E.J., Schultz, R.S., Wolf, S.L., Herring, D.E. ve Koeneman, J.B. (2004) A pneumatic muscle hand therapy device, 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, 41(1), 2711-2713, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1403777
  • Marangoz, S. (2006) Ortopedi ve Türkçe: bazı ortopedi terimlerine Türkçe karşılık önerileri, Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliği Derneği Dergisi, 5(3), 89-93.
  • Schmidt, H., Hesse, S., Werner, C. ve Bardeleben, A. (2004) Upper and lower extremity robotic devices to promote motor recovery after stroke - recent developments, The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 6(2), 4825-4828, doi: 10.1109/IEMBS.2004.1404335
  • Takahashi, C.D., Der-Yeghiaian, L., Le, V.H. ve Cramer, S.C. (2005). A robotic device for hand motor therapy after stroke, 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, 17-20, doi: 10.1109/ICORR.2005.1501041
  • Wang, M. (2014) Design and analysis of an adjustable wrist rehabilitation robot. A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Applied Science, University of Ontario Institute of Technology.
  • Williams, D.J., Krebs, H.I. ve Hogan N. (2001) A robot for wrist rehabilitation. IEEE International Conference of Engineering Medicine and Biology Society, 2: 1336-1339, doi: 10.1109/IEMBS.2001.1020443
Toplam 23 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

İbrahim Karabıyık 0000-0002-6825-3210

Ergin Kılıç 0000-0002-3099-0303

Atilla Bayram 0000-0002-0071-2206

Yayımlanma Tarihi 31 Aralık 2019
Gönderilme Tarihi 22 Ağustos 2019
Kabul Tarihi 18 Kasım 2019
Yayımlandığı Sayı Yıl 2019 Cilt: 24 Sayı: 3

Kaynak Göster

APA Karabıyık, İ., Kılıç, E., & Bayram, A. (2019). BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24(3), 347-364. https://doi.org/10.17482/uumfd.609524
AMA Karabıyık İ, Kılıç E, Bayram A. BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ. UUJFE. Aralık 2019;24(3):347-364. doi:10.17482/uumfd.609524
Chicago Karabıyık, İbrahim, Ergin Kılıç, ve Atilla Bayram. “BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 24, sy. 3 (Aralık 2019): 347-64. https://doi.org/10.17482/uumfd.609524.
EndNote Karabıyık İ, Kılıç E, Bayram A (01 Aralık 2019) BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 24 3 347–364.
IEEE İ. Karabıyık, E. Kılıç, ve A. Bayram, “BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ”, UUJFE, c. 24, sy. 3, ss. 347–364, 2019, doi: 10.17482/uumfd.609524.
ISNAD Karabıyık, İbrahim vd. “BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 24/3 (Aralık 2019), 347-364. https://doi.org/10.17482/uumfd.609524.
JAMA Karabıyık İ, Kılıç E, Bayram A. BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ. UUJFE. 2019;24:347–364.
MLA Karabıyık, İbrahim vd. “BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 24, sy. 3, 2019, ss. 347-64, doi:10.17482/uumfd.609524.
Vancouver Karabıyık İ, Kılıç E, Bayram A. BİLEK REHABİLİTASYONU İÇİN DÜŞÜK MALİYETLİ BİR TAŞINABİLİR ROBOTİK CİHAZIN GELİŞTİRMESİ VE KONTROLÜ. UUJFE. 2019;24(3):347-64.

DUYURU:

30.03.2021- Nisan 2021 (26/1) sayımızdan itibaren TR-Dizin yeni kuralları gereği, dergimizde basılacak makalelerde, ilk gönderim aşamasında Telif Hakkı Formu yanısıra, Çıkar Çatışması Bildirim Formu ve Yazar Katkısı Bildirim Formu da tüm yazarlarca imzalanarak gönderilmelidir. Yayınlanacak makalelerde de makale metni içinde "Çıkar Çatışması" ve "Yazar Katkısı" bölümleri yer alacaktır. İlk gönderim aşamasında doldurulması gereken yeni formlara "Yazım Kuralları" ve "Makale Gönderim Süreci" sayfalarımızdan ulaşılabilir. (Değerlendirme süreci bu tarihten önce tamamlanıp basımı bekleyen makalelerin yanısıra değerlendirme süreci devam eden makaleler için, yazarlar tarafından ilgili formlar doldurularak sisteme yüklenmelidir).  Makale şablonları da, bu değişiklik doğrultusunda güncellenmiştir. Tüm yazarlarımıza önemle duyurulur.

Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı, Görükle Kampüsü, Nilüfer, 16059 Bursa. Tel: (224) 294 1907, Faks: (224) 294 1903, e-posta: mmfd@uludag.edu.tr