ÜST EKSTREMİTE REHABİLİTASYON CİHAZLARI İÇİN ÖZGÜN MODÜLER AKTÜATÖR TASARIMI

Abstract

Bu tez çalışmasında, üst ekstremite rehabilitasyon robotlarına entegre edilebilecek bütünleşik bir aktüatör paketi tasarlanmış, üretilmiş ve performansı deneysel olarak değerlendirilmiştir. Tasarım aşamasında, FDAM, özel planet redüktör, yüksek çözünürlüklü konum enkoderi ve kesintisiz anlık yön değiştirme özelliğine sahip çok katmanlı PCB'nin birlikte çalışabilirliği ve boyut/ağırlık optimizasyonu esas alınmıştır. Redüktör dişli oranı, düşük hızlarda dahi yüksek moment üretimini destekleyecek biçimde optimize edilmiş; mekanik parçalar PLA malzemeden 3D baskı yöntemiyle üretilerek montaj toleransları ve mukavemet gereksinimleri sağlanmıştır. Kontrol kartına entegre edilen triyak devresi sayesinde, yön değiştirme komutu alındıktan sonra 30 ms içinde eksen dönüşü gerçekleştirilmiştir. Performans ölçümleri kapsamında, dayanıklılık ve entegrasyon testlerinde ihtiyaç duyulan çıkış torku tutarlı ve tekrarlanabilir biçimde elde edilmiştir. Ayrıca geri besleme kontrol döngüsü ve hız tepkisi değerlendirmeleri, önerilen aktüatör paketinin klinik rehabilitasyon senaryolarında stabil ve hassas çalışabileceğini göstermiştir. Modüler yapısı ve montaj ara yüzleri sayesinde bu aktüatör paketi, rehabilitasyon robotlarında hızlı entegrasyon ve uzun ömürlü performans açısından önemli bir potansiyel sunmaktadır.

In this thesis, an integrated actuator package that can be incorporated into upper limb rehabilitation robots has been designed, manufactured, and its performance has been experimentally evaluated. During the design phase, the interoperability and size/weight optimization of the BLDC motor, custom planetary gearbox, high-resolution position encoder, and multilayer PCB with continuous instantaneous direction change capability were prioritized. The gear ratio of the reducer has been optimized to support high torque production even at low speeds; mechanical parts have been produced using the 3D printing method with PLA material, ensuring assembly tolerances and strength requirements. Thanks to the triac circuit integrated into the control board, the axis rotation was completed within 30 ms after receiving the direction change command. Within the scope of performance measurements, the required output torque in durability and integration tests was consistently and repeatably achieved. Additionally, feedback control loop and speed response evaluations have shown that the proposed actuator package can operate stably and precisely in clinical rehabilitation scenarios. Thanks to its modular structure and assembly interfaces, this actuator package offers significant potential for rapid integration and long-lasting performance in rehabilitation robots.