Desıgn, analysıs and control of a hydraulıc-aıded stance control knee-ankle-foot orthosıs

Abstract

Bu çalışmanın başlama noktası uzun yürüme cihazları hakkında ki yükselmekte olan ilgidir. Uzun yürüme cihazları çocuk felci, yetersiz kas gücü, omurilik zedelenmesi ve multiple skleroz (MS) gibi rahatsızlıkların tedavisinde kullanılmaktadır. Uzun yürüme cihazının ticari örnekleri ve literatürde birçok araştırma olmasına rağmen, uzun yürüme cihazı hala ilgi çekici bir konudur. Kullanıcılar ortez kullanımını fonksiyonel, konfor ve kozmetik problemler sebebiyle reddetmektedir. Bunun yanında kilit mekanizması hareket kabiliyetine sahip bir yapıda olmak zorundadır. Aksi takdirde, bu durum kullanıcıların kalça kaldırmalarına ya da ayaklarını dışarıdan savurmalarına böylelikle daha çok enerji harcamalarına sebep olmaktadır. Bir gelişmiş ve güvenilir bir sistem arzu edilmektedir. Bu tezde fonksiyonel ve konforlu bir uzun yürüme cihazının dizayn çerçevesi sunulmuştur. Bu çerçeve geniş bir literatür ve pazar araştırmasını, bir mühendislik yaklaşımıyla dizayn çalışmasını, dizayn edilen sistemin üretimini, iki farklı kontrol sistemini ve bunların uygulanmasını içermektedir. Özellikle faz belirleme sistemi ve akıllı kontrol mekanizması değişik yürüme durumlarına uyum sağlayabilmektedir. Bu çerçeve neticesinde, dizayn, fonksiyonellik ve kontrol sistemi birleştirilerek kullanıcıların arzu ettiği yönde problemlere çözüm üretilmiştir. Ayrıca, risk analiz sistemi uygulanarak, dizaynın daha da gelişmesi sağlanmıştır. Konu ile ilgili araştırmacılar bu çalışmayı bir kaynak olarak kullanabilir.Prototip diz kilit mekanizması yumuşak kilit, diz bükülmesine ve yük durumunda diz ilerletmesine izin verme, hafif olma ve az sayıda parça içerme gibi özelliklere sahiptir. Gelecekte ki çalışmalar yeni bir valf sistemine ve mekanizmanın parçalarının optimizasyonuna odaklanabilir.The starting point of this study was the emerging interest on Knee-Ankle-Foot orthosis (KAFO). KAFO is prescribed many diseases such as polio, muscle weakness, spinal injury and multiple sclerosis. There are commercial examples and numerous attempts in literature, but functional KAFO still is a challenging issue. Users reject to use orthosis because of functional, comfortable and cosmetic problems. Beside this, the knee joint has to allow for a certain range of motion. Otherwise, it causes circumduction or hip hiking and more energy expenditure. A sophisticated and reliable system is desired.This dissertation proposed a framework for designing both functional and comfortable KAFO. This framework includes a wide literature review, an engineering design approach, manufacturing of the designed system, two different control systems and operating the orthosis. Especially phase detection system and smart control system have abilities to adapt different gait profile. On the basis of this framework, it integrates design, functionality and control system of an orthosis for solving rejection problems as users desired. Furthermore, a risk analysis was implemented to advance the design. Researcher interested in this topic can refer this study.The prototype knee joint mechanism has advantages such as smooth lock, inhibits knee flexion at the same time allowing knee extension during weight acceptance phase, light weight and low number of parts. Future works will be made to improve a new valve mechanism and dimension optimization on parts.