Elektroni̇k Di̇z Protezi̇ İçi̇n Yürüyüş Hareket Denklemleri̇ni̇n Çözümlemesi̇ Ve Oransal Türevsel Deneti̇m Uygulamasi

Abstract

ÖZETBu çalışmada, elektronik dizüstü protezi (EDP) için gerekli denetim yöntemlerinin geliştirilebileceği bir benzetim tabanlı geliştirim ortamı (BTGO) tasarlanmıştır. Bu amaçla mevcut yürüyüş hareket denklemleri, robot kolları esas alınarak türetilmekte ve doğrulukları, rapor edilen gerçek yürüyüş verileri ile ileri çözüm yapılarak sınanmaktadır. İleri çözüm benzetimleri, incelenen yürüyüş hareket denklemlerinin, yürüyüşün salınım evresini tanımlayabildiğini ancak duruş evresinde yer tepki kuvvetinin hesaba katılmadığını göstermiştir. Eklem torklarının doğuracağı ilgili eklem açılarının bulunması için yürüyüş hareketi denkleminin ters çözümü sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Ters çözüm kullanılarak BTGO'da uygulama yapmak amacıyla oransal türevsel (OT) denetim, örnek bir denetim yöntemi olarak seçilmiş ve incelenmiştir. Diz sisteminin girişi olan tork ve çıkışı olan açı arasındaki doğrusal olmayan ilişki doğrusallaştırılarak, bir transfer fonksiyonu oluşturulmuştur. OT denetleyici ve bu transfer fonksiyonu kullanılarak denetimli bir diz eklemi sistemi oluşturulmuştur. OT denetleyicinin oransal ve türevsel kazançları kök yer yöntemi ile belirlenmiştir. Gerçek diz açıları, hedef değer olarak girildiğinde, sistemin ürettiği diz açısının hedef değerleri takip edebildiği gözlenmiştir. Tasarlanan BTGO, EDP için gereken denetim yöntemlerinin incelenmesini kolaylaştırmaktadır.Anahtar Kelimeler: Elektronik diz üstü protezi, yürüyüş hareketi denklemi, oransal türevsel denetim, ters çözüm ANALYSIS OF GAIT MOTION EQUATIONS AND APPLICATION OF PROPORTIONAL DERIVATIVE CONTROL FOR ELECTRONIC ABOVE KNEE PROSTHESIS ABSTRACTIn this study, a simulation based development environment (SBDE) is designed to develop control methods required for electronic above knee prosthesis (EAP). For this purpose existing gait motion equations are derived on the basis of robot arm and their accuracy are tested by performing forward solution with real gait data reported in the literature. Forward solution simulations show that analyzed gait motion equations can describe swing phase but in stance phase, ground reaction force is not involved in calculations. Inverse solution of gait motion equations has been implemented numerically to determine joint angles caused by corresponding joint torques. In order to make an application in SBDE using inverse solution, proportional derivative (PD) control has been selected as an example control method and analyzed. A transfer function is formed by linearizing the nonlinear relationship between torque and angle as input and output of knee system. A controlled knee joint system is set up by employing this transfer function and PD controller. Proportional and derivative gains of PD controller is determined by using root locus method. Substituting real knee angles as target values, it is observed that knee angles produced by system can follow the target values. Designed SBDE facilitates analysis of control algorithms required for EAP.