Desing and control of textile based soft robotic systems for terapeutic applications

Abstract

Tekstil tabanlı yumuşak robotik sistemler, tedavi edici uygulamalar için geliştirilen son derece önemli ve yenilikçi bir alanı temsil ediyor. Bu sistemler, insan vücuduyla uyumlu yapılarıyla sağladıkları esneklik ve dokunsal hassasiyet ile birçok tedavi edici uygulama için çığır açıcı potansiyel sunmaktadır. Bu tezde terapi amaçlı, masaj uygulayan veya kas hastalıkları olan insanlara yardımcı olabilecek tekstil tabanlı robotik aktüatörlerin tasarımı, üretimi ve istenen hareketleri yapacakları şekilde eylemlerde bulunabilmeleri için gereken kontrolcüler üzerine çalışmalar yapılmıştır. Tez bölümlerinin yazım sırası daha eski olan pnömatik uygulamalardan, yeni bir teknik olan sıvı-gaz hal değişimleri prensibiyle çalıştırılan düşük kaynama noktalı sıvılara doğru verilmiştir. Pnömatik uygulamalar hali hazırda var olmasına karşın, buradaki uygulamalar tekstil tabanlı olmaları yönüyle yenidir. Düşük kaynama noktalı sıvılarla çalışan uygulamalar ise hem çalışma prensipleri hem de tekstil tabanlı olmaları yönünden yenilikçi çalışmalardır. Özellikle düşük kaynama noktalı sıvılarla çalışan aktüatörlerin üretimleri üzerine de bilgiler verilmiştir. Ayrıca sistemin tamamen tekstil tabanlı olması için, geri besleme için tekstil tabanlı sensörler kullanılmıştır. Son bölümde hali hazırda var olan ama herhangi bir gerçek uygulamada kullanılmayan bir sensörün kalibrasyonu üzerine de çalışılmıştır, bu sensörlerin başka uygulamalarda da kullanılabilmesi için bir yöntem üretilmiştir. Düşük kaynama noktalı sıvılarla çalışan aktüatörlerde ısıtma için gümüş kaplı naylon iplikler ve çelik iplikler kullanılmaktadır. Ancak henüz bu sistemlerin soğutmaları için bir teknik geliştirilemediği için, kontrol uygulamaları da açma-kapama kontrolcüsüyle (on-off control) sınırlı kalmıştır. Yine de sistemin zaten gecikmeli olduğu ve gecikmeli de olsa hızlı yanıt gerektirmeyen periyodik masaj uygulamalarında yeterli olduğu göz önünde bulundurulduğunda tek yönlü kontrolde bile doğru sıvılar seçildiği için başarı sağlanmıştır. Ulusal ve uluslararası ödüller de alan bu çalışmanın, bu tezden sonra da geliştirilmeye devam edileceği, ileride soğutma tekniklerinin de geliştirilmesiyle daha farklı uygulamaların da gerçekleştirilebileceği tahmin edilmektedir.

Textile-based soft robotic systems represent a highly important and innovative field developed for therapeutic applications. These systems, with their flexible structures and tactile sensitivity compatible with the human body, offer groundbreaking potential for various therapeutic applications. This thesis focuses on the design, production, and control of textile-based robotic actuators that can assist individuals undergoing therapy, such as massage or those with musclerelated conditions, to perform desired movements. The writing sequence of the thesis chapters transitions from older pneumatic applications to a newer technique utilizing the principle of liquid-gas phase transitions with low-boiling point liquids. While pneumatic applications already exist, the novelty of the applications discussed here lies in their textile-based nature. Applications using low-boiling point liquids are innovative in both their operating principles and their textile-based design. Particular attention is given to the production of actuators using low-boiling point liquids. Additionally, textile-based sensors are used for feedback to ensure the system is entirely textilebased. The final section also covers the calibration of an existing sensor that has not been used in any real-world applications, providing a method for its use in other applications. In actuators using low-boiling point liquids, silver-coated nylon threads and steel wires are used for heating. However, since a technique for cooling these systems has not yet been developed, control applications are limited to on-off control. Nevertheless, even with the system's inherent delay and the limited control to on-off control, success has been achieved due to the careful selection of appropriate liquids, which are sufficient for periodic massage applications that do not require rapid responses. It is anticipated that this study, which has received national and international awards, will continue to be developed after this thesis. With the future development of cooling techniques, it is expected that different applications will be realized