Sertliği değiştirilebilir bir ayak bileği dış iskelet robotun çeşitli kontrolcüler ile pozisyon takibi kontrol performansının değerlendirilmesi

İnsan alt uzuv eklemleri biyomekaniği literatür çalışmalarına göre ayak bileği kas-iskelet sistemi yürüme esnasında sürekli olarak eklem sertliğini değiştirmektedir. İnsan bileği ekleminin bu biyomekanik davranışından esinlenilerek, VS-AnkleExo (Variable Stiffness Ankle Exoskeleton) isimli değişken sertliğe sahip bir eyleyici ile tahrik edilen ayak bileği dış iskelet robot tasarımı ortaya koyulmuştur. Sertliği değiştirilebilir bir bilek eklemi tasarımı ile esnek, güvenli ve biyomimetik bir hareket kabiliyeti sağlamasına karşın dış etkiler altında kararlı ve hassas pozisyon takibinin zorluğu bu tür yumuşak eyleyicilerin en büyük problemidir. Bu makalede, VS-AnkleExo üzerinde geleneksel Oransal İntegral Türev (Proportional Derivative Integral – PID ) kontrol yönteminin ve bulanık mantık teorisinin farklı tiplerde kombine edilmesi ile oluşturulan karma kontrolcülerin pozisyon takip performansı ve dış bozuculara karşı duyarlılıkları deneysel olarak değerlendirilmiştir. VS-AnkleExo rehabilitasyon ve yürüme yardımı gibi uygulamalar için kullanılacaktır. Bu uygulamalarda ise genellikle pozisyon takibine dayanan tekrarlı hareket egzersizleri kullanılmaktadır. Bu kapsamda, çalışmada ilk olarak bozucu etkiler olmadan farklı referanslar için geleneksel PID, Bulanık PD, Bulanık PD+I, Bulanık PD+PID ve ZTS (Z, T ve S tip üyelik fonksiyonlu) Bulanık PD kontrolcülerin pozisyon takip performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanın devamında ise, bozucu kuvvetler karşısında önerilen kontrolcülerin duyarlılığını test etmek için bozuculu basamak ve sinüs eğrisi cevap deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları, diğer kontrolcülere göre Bulanık PD+PID kontrolcünün pozisyon izleme hatalarını daha etkili azaltabildiğini ve dışarıdan uygulanan bozuculara karşı daha sağlam olduğunu göstermiştir. Ayrıca, pozisyon takibi deneyleri kapsamında, en başarılı olan Bulanık PD+PID kontrolcü kullanılarak, gerçek insana ait bilek eklemi pozisyon verileri ile bir deney daha gerçekleştirilmiş ve VS-AnkleExo robotun Bulanık PD+PID kontrolcü ile birlikte gerçek insan verilerine dayalı hareket egzersizleri çalışmalarında kullanılabileceği gösterilmiştir.