T.C. MARMARA NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS REHABLTASYON AMALI BR ROBOT KOLUNUN KUVVET ve KONUMUNUN ZEK KONTROL Erhan AKDOAN, MSc. (Elektronik ve Haberleme Mhendisi) DOKTORA TEZ ELEKTRONK -BLGSAYAR ETM ANABLM DALI BLGSAYAR-KONTROL ETM PROGRAMI DANIMAN Do.Dr. M. Arif ADLI STANBUL 2007 T.C. MARMARA NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS REHABLTASYON AMALI BR ROBOT KOLUNUN KUVVET ve KONUMUNUN ZEK KONTROL Erhan AKDOAN , MSc. (Elektronik ve Haberleme Mhendisi) (141200420010273) DOKTORA TEZ ELEKTRONK-BLGSAYARETM ANABLM DALI BLGSAYAR-KONTROL ETM PROGRAMI DANIMAN Do.Dr. M. Arif ADLI STANBUL 2007 i NSZ Bu almann gerekletirilmesi iin beni tevik eden ve ynlendiren deerli hocalarm Do.Dr. M. Arif ADLI ve Prof. Dr. Erturul TAGIN a, bu tezi Bilimsel AratrmaProjelerikapsamndadestekleyenTUBTAKa,rehabilitasyonhakknda gereklibilgileriedindiimProf.Dr.Serapnala,Yrd.Do.Dr.YaarTATARa,tez srecinenemlikatklarolandeerlirencilerimizSevanERKANveCemalettin ORHANa,SSKGztepeAratrmaveEitimHastanesiFizyoterapistiElif Cansevere,mekanizmannretimindenemlikatklarolanOralokatarve MLHAN Makine San ve Tic. Ltd. irketine, ok deerli ve muhterem anneciim ve babama, en nemlisi uzun alma gecelerinde sabrn ve desteini esirgemeyen ok kymetli ve muhterem evdeime teekkr bir bor bilirim. HAZRAN, 2007 ERHAN AKDOAN ii NDEKLER SAYFA ZET............................................................................................................... vi ABSTRACT.................................................................................................. vii YENLK BEYANI ............................................................................................... viii SEMBOL LSTES ......................................................................................... x KISALTMALAR................................................................................................. xiii EKL LSTES ............................................................................................. xv TABLO LSTES ....................................................................................... xxi BLM I. GR VE AMA ........................................................................... 1 I.1 REHABLTASYON AMALI ELEKTROMEKANK SSTEMLER2 I.1.1 CPM....................................................................................................2 I.1.2 Cybex..................................................................................................3 I.1.3 Rehabilitasyon Amal Robotlar......................................................4 I.2 REHABLTASYON AMALI ROBOTLARDA KULLANILAN KONTROL YNTEMLER............................................................................. 4 I.3 PROBLEMN TANIMI................................................................................5 I.4 AMA............................................................................................................6 I.5 UYGULAMAYA KATKI...................................................... ......................6 iiiI.6 REHABLTASYON ROBOT SSTEM (FZYOTERABOT)...............7 I.7 TEZ BLMLERNN ERKLER......................................................8 BLM II. GENEL BLGLER VE LTERATR.................................. 9 II.1 REHABLTASYONA LKN TERMLER, TANIMLAR9 II.1.1 Temel Tanmlar..................................................................................9 II.1.2 Anatomik Pozisyon, Eksenler ve Dzlemler....................................10 II.1.3 Rehabilitasyona likin Hareket Tanmlar ve Alt Uzuv Hareketleri.....................................................................................................12 II.1.3.1 Hareket Tanmlar......................................................................12 II.1.3.2 Alt Uzuvlar iin NEH Snrlar..................................................13 II.1.3.3 Alt Uzuvlara Ait Hareketler.......................................................13 II.2 EGZERSZ TRLER ...15 II.2.1 Pasif Egzersizler..................................................................................17 II.2.2 Aktif Egzersizler.................................................................................17 II.2.2.1 Aktif Yardml Egzersizler........................................................18 II.2.2.2 Aktif Direnli Egzersizler.........................................................18 II.2.2.3 Aktif Aamal Arlkl.............................................................25 II.2.2.4 El ile Yaplan (Manual) Direnli Egzersiz................................26 II.3 ALT EKSTREMTE ANATOMS ve BYOMEKAN.....................26 II.3.1 Kala - Uyluk Anatomisi ve Biomekanii.........................................26 II.3.2 Diz Eklemi Anatomisi ve Biomekanii.............................................28 II.4 REHABLTASYON TAKIMI..................................................................29 II.5 ROBOTLARDA EMPEDANS KUVVET KONTROL............................31 II.6 REHABLTASYON AMALI ROBOT ALIMALARI....................37 II.6.1 Rehabilitasyon Amal Terapatik Robot Mekanizmalar...............38 II.6.2 Rehabilitasyon Amal Terapatik Robot almalarnda Kullanlan Kontrol Teknikleri.....................................................................40 II.6.2.1 Birleik Kontrol Uygulamalar..................................................41 II.6.2.2 Empedans Kontrol.....................................................................42 II.6.3 Rehabilitasyon Amal lm ve Deerlendirme Robotlar..........43 II.6.4 Fiziksel Olarak Yetersiz nsanlarn Hareketlerine Yardmc Olacak D skelet (Exoskeletal) Robot almalar..................................44 II.6.5 Rehabilitasyon Amal Terapatik Robotlar.....................................45 BLM III. TEZ ALIMALARI................................................................. 53 III.1 FZYOTERABOT un YAPISI ve LEY.........................................53 III.1.1 Fizyoterapist......................................................................................55 III.1.2 Zeki Kontrolr...........................................................................55 III.1.3 Robot Kolu.........................................................................................59 III.2 FZYOTERABOT DONANIMI...............................................................62 III.3 FZYOTERABOTun KONTROL.......................................................63 III.3.1 Empedans Kontrol............................................................................63 III.3.2 PD Konum Kontrol...........................................................................65 III.3.3 PID Konum Kontrol.........................................................................65 III.4 EGZERSZ TRLER VE KONTROL ALGORTMALARI..............66 III.4.1 Pasif Egzersiz.....................................................................................69 III.4.2 Aktif Yardml Egzersiz....................................................................70 iv III.4.3 zotonik Egzersiz...............................................................................74 III.4.4 zometrik Egzersiz............................................................................75 III.4.5 zokinetik Egzersiz............................................................................77 III.4.6 Roboterapi.........................................................................................78 III.4.6.1 Direk Terapi.............................................................................80 III.4.6.2 Zeki Terapi...............................................................................81 III.4.7 Kas Testi.84 III.5 FZYOTERABOT YAZILIM YAPISI VE SSTEM ALIMA MODLARI................................................................................................... 87 III.5.1 Kas Testi ................................................................................88 III.5.2 Pasif Egzersiz.....................................................................................89 III.5.3 Aktif Yardml Egzersiz....................................................................90 III.5.4 zotonik Egzersiz...............................................................................91 III.5.5 zometrik Egzersiz............................................................................92 III.5.6 zokinetik Egzersiz............................................................................93 III.5.7 Roboterapi Egzersiz..........................................................................94 III.5.8 Operatr Modu..................................................................................96 III.5.9 Grafik Sonu Ekran.........................................................................97 BLM IV. FZYOTERABOT ile NSANLI DENEYLER VE SONULARI................................................................................ 99 IV. 1 PASF EGZERSZ....................................................................................99 IV. 2 AKTF YARDIMLI EGZERSZ.............................................................102 IV. 3 DRENL EGZERSZLER...................................................................103 IV.3.1 Empedans Kontrol Etkisi.................................................................103 IV.3.1.1 Md, Atalet Katsays Parametresinin Etkisi.............................104 IV.3.1.2 Kd, Esneklik Katsays Parametresinin Etkisi..........................111 IV.3.1.3 Dd, Snm Katsays Parametresinin Etkisi.............................116 IV.3.2 zotonik Egzersiz...............................................................................118 IV.3.2.1 Hafif Diren Seviyesi zotonik Egzersizleri........................118 IV.3.2.2 Orta Diren Seviyesi zotonik Egzersizleri.120 IV.3.2.3 Yksek Diren Seviyesi zotonik Egzersizleri122 IV.3.2.4 En Yksek Diren Seviyesi zotonik Egzersizleri..124 IV.3.2.5 zotonik Egzersizelikin Deneylerin Deerlendirilmesi..125 IV.3.3 zometrik Egzersiz.126 IV.3.4 zokinetik Egzersiz............................................................................128 IV.3.5 Roboterapi..........................................................................................130 IV.3.5.1 renme ve Direk Terapi........................................................130 IV.3.5.2 Zeki Terapi..............................................................................132 BLM V. FZYOTERABOTun ETM AMALI KULLANILMASI...........................................................................135 BLM VI. SONULAR, TARTIMA VE NERLER...................... 138 VI.1 SONULAR .............................................................................................. 138 v VI.2 TARTIMA................................................................................................. 141 VI.3 NERLER................................................................................................ 142 KAYNAKLAR......................................................................................................... 143 EKLER....................................................................................................................... 158 EK A. SSTEM DONANIMI ELEMANLARI................................................159 EK B. LNK 2 N ATALET MOMENTLER VE YEREKM KUVVET KOMPANZASYONU.........................................................172 EK C. VER TABANINDA BULUNAN SALIKLI NSANLARALKN KUVVET VE KONUM VERLER..................................... 178 EK D. ROBOTERAP KURAL TABANIKURALLARI.......................................................................................... 183 EK E.NSAN VCUDU KASLARI.................................................................. 186 ZGEM ............................................................................................................. vi ZET REHABLTASYON AMALI BR ROBOT KOLUNUN KUVVET ve KONUMUNUN ZEK KONTROL Bu tezde, fizyoterapistlere rehabilitasyon srecinde yardmc olmak zere, diz rehabilitasyonuna ynelik bir robot kolunun zeki kontrol amalanmtr. Gelitirilensistemin,pasifveaktifegzersizleriyapabilmesi,fizyoterapist hareketlerinimodelleyerekgerekletirebilmesi,kullanlbirkullancarayzne sahipolmasveegzersizsonularnnrehabilitasyonsrecinideerlendirmekzeregrntlenebilmesi amalanmtr.Bukapsamdaserbestlikdereceli,diziin fleksiyonekstansiyonkala iinfleksiyonekstansiyonveabduksiyonadduksiyonhareketlerineuygun, uzuvboyutunagreayarlanabilen,dizeklemipantografyapdavetmmotorlar tabanda bulunan bir mekanizma tasarlanp retilmitir. Sisteminkontroliinkararverebilenverenebilen,bilgivekuraltabanl alankonvansiyonelkontrolteknikleriiledesteklenmibirzekikontrolryaps gelitirilmitir.Konvansiyonelkontroltekniiolarakrehabilitasyonamal robotlardaenkullanlkontroltekniiolduukabuledilenmekanikempedansn ayarlanmasesasnadayalempedanskontrolilePDvePIDkonumkontrol teknikleri kullanlmtr.Sistemdekigeribeslemebilgilerikuvvetvekonumalglayclarile,analog dijitalveridnmleriiseveritoplamakartlarilesalanmtr.Sistemyazlm olarak MATLAB Simulink Real Time Windows Target ara kutusu kullanlmtr HAZRAN, 2007 ERHAN AKDOAN vii ABSTRACT INTELLIGENT FORCE AND POSITION CONTROL OF A ROBOT MANIPULATOR FOR REHABILITATION Theusageofanintelligentcontrolofarobotmanipulatorinknee rehabilitationinordertohelpthephysiotherapistsintheprocessofrehabilitationis aimed in this thesis. Thedevelopedsystemisaimedtodothepassiveandactiveexercises,to modelthephysiotherapistsmovements,tohaveaserviceableuserinterfaceandto monitor the exercise results in order to evaluate the rehabilitation process. Amechanismwhichissuitablefortheflexion-extensionoftheknee, flexionextensionandabduction-adductionmovementsofthehipandwhich has three degrees of freedom, that can be adjusted according to the size of the hip and kneewasdesignedandproduced.Inordertoreducethepayload,apantographic structure was used to be situated at the ground. Anintelligentcontrollerstructurewhichcanmakedecisionsforthe controllingofthesystem,whichisabletolearnandwhichwassupportedwith conventionalcontrollingtechniques,wasdeveloped.Theimpedancecontrolling techniquebasedonregulationofmechanicalimpedanceandthoughttobethemost usefulcontrollingtechniqueintherehabilitationrobotswasusedtogetherwithPD and PID position control techniques were used. The data feedback was provided with force and position sensors, the analog digitaldatatransformationsweremadewithdataacquisitioncards.MATLAB Simulink Real Time Windows Target Toolbox was used as the system software. JUNE, 2007ERHAN AKDOAN viii YENLK BEYANI REHABLTASYON AMALI BR ROBOT KOLUNUN KUVVET ve KONUMUNUN ZEK KONTROL Artandnyanfusuilebirlikteyallk,kazalarvesavalargibinedenlerle insanuzuvlarndakisorunlardaartmaktadr.Bunedenlerdendolayrehabilitasyon ilemihergeengnnemkazanmaktadr.Rehabilitasyonsrecindeinsan uzuvlarnn iler hale getirilmesi ve kuvvetlendirilmesi iin terapatik egzersizler son derecenemlidir.Terapatikegzersizlerfizyoterapistlertarafndanhastalara yaptrlmaktadr. Bunun yannda arlklar ve eitli terapatik cihazlar tedavi srecine yardmc olmak zere kullanlmaktadr.Ancak rehabilitasyon srecinde eitli sorunlar mevcuttur. Ulam, maliyet ve zamanbusorunlarnennemlileridir.Ayrcafizyoterapistleringnlkhastakabul saylarsnrldr.Kullanlanterapatikcihazlarisehareketkabiliyetleriasndan dk serbestlik dereceli ve geri bildirim zellikleri bulunmamaktadr.Sonyllardarobotlarnrehabilitasyonsrecindekullanlmasiinyaplan eitlialmalarhzkazanmtr.Ancakbualmalarnbirouhenzaratrma aamasndadr.Ayrca gelitirilen robotlarn birou st uzuvlarn rehabilitasyonuna yneliktirvesnrlsaydaegzersiztrngerekletirebilmektedir.Burobotlarda genelde klasik kontrol teknikleri kullanlmaktadr. Bualmadadizeklemininrehabilitasyonusrecindefizyoterapiste yardmc,geribildirimzelliibulunanyanirehabilitasyonsrecindehasta tepkilerinekarfizyoterapistgibideiikliegidebilen,pasifveaktifegzersizleri yaptrabilenbirrobotsistemigelitirilmitir.Gelitirilensistemiintemelolarak tmdizegzersizlerinigerekletirebilenzekibirkontrolrtasarlanmtr.Ancak ixsistemdizegzersizlerininyansratmaltuzuvrehabilitasyonunu gerekletirebilecek serbestlik dereceli mekanik bir yapya sahiptir. Sistemde kullanlan robot kolu, pasif ve aktif egzersiz hareketlerinin tmn yapabilme,uzuvboyutunagreayarlanabilmesavesolbacakiinkullanlabilme zellikleri asndan zgn bir tasarmdr.Sisteminkontroliingelitirilenkontrolryapsbilgivekuraltabanl, renebilen zeki bir yapya sahip zgn bir yazlmdr. Bualmaesnasndagerekmekanikyaps,gereksezekidavrangsteren zgnyazlmzellikleriyle,deneyimlibirfizyoterapistinbecerisinesahipolmas hedeflenen bir sistem gelitirilmitir. AyrcayaplanliteratrtaramasnagreTrkiyedevednyadayukarda belirtilen zelliklere sahip baka bir almaya rastlanamamtr. HAZRAN, 2007Do. Dr. M. Arif ADLIErhan AKDOAN x SEMBOL LSTES q : Eklem as yer deitirmesi (derece) D: Snm Katsay Matrisi (Nm/derece) da: Snm katsays dd : Arzu edilen snm katsays Dd: Arzu edilen Snm katsay matrisi( Ns/derece) Ex: Ekstansiyon snr (derece) F: Robot kolunun uygulayaca kuvvet (N) fn: Frekans (Hz) fu: Uygulanan kuvvet (N) Fharici : Robot u noktas zerindeki harici kuvvet (N) Fl: Fleksiyon Snr (derece) Ftepki: Uzuv tepki kuvveti (N) ( ) g q: n boyutlu yerekim ivmesi vektr (m/s2) ( ) , & h q q: Coriolis+Merkezka Kuvvetism: Motor akm (A) Iayak: Ayak atalet momenti (kgm2) Ibaldr: Diz ile ayak aras (baldr) atalet momenti (kgm2) Idizalt: Dizalt atalet momenti (kgm2) xiIG: Ktle merkezi atalet momenti (kgm2) iI% : Linkin atalet momenti (z eksenine paralel ve ktle merkezinden geer) (kgm2) ism: Servo motor akm (A) J : Jakobiyen vektr minsan: nsan ktlesi (kg) K: Esneklik Katsay Matrisi (N/derece) ka: Esneklik katsays (Nms/m) kd: Arzu edilen esneklik katsays (Nms/m) Kd: Arzu edilen esneklik katsay matrisi (N/derece) Kder : Trev katsays Kint: ntegral katsays Km: Servo motor tork sabiti (Nm/Arms) Ko: Kinetik Enerji Kt: Tork sabiti(Nm/Arms) Kp: Oran katsays : Snm oran layak: Ayak uzunluu (m) ldizalt: Dizalt uzunluu (m) Lgi : i. eklem ile eklem linkinin ktle merkezi aras uzunluk (m) li: i. parann uzunluu (m) Li : Link uzunluu (m) M: Atalet katsay matrisi (kg) Md: Arzu edilen atalet matrisi (kg) ma: Ktle (kg) mi: i. linkin ktlesi (kg) md: stenen atalet katsays (kg) n: Serbestlik derecesi ri: i. parann ktle merkezi (m) Po: Potansiyel Enerji ra: Ayak ktle merkezinin dnme merkezine uzakl (m) e: Eklem konum hatas (derece) i: Eklem as (derece) xiiistenen:Arzu edilen eklem konumu (derece) guncel:Gncel eklem konumu (derece) :Eklem torku matrisi (Nm) 2 yer: Link 2 iin yerekimi kompanzasyon torku (Nm) c : doal frekans (rad/s) y: Robot kolunun konum vektr (m) yd: alma uzay arzu edilen robot kolu konum vektr (m) ye: y - yd (m) xc: Fharici = 0 iin denge konumu (m) xd: stenen yrnge (m) xg: Ktle merkezi (m) xi: Ktle merkezi ile dnme noktas arasndaki dik uzaklk (m) Vcmd:Servo motor kontrol gerilimi (V) xiii KISALTMALAR ARM Guide : Assisted Rehabilitation and Measurement Guide EHA: Eklem Hareket Akl EMG: Electromyogram EMF: Elektromotor kuvvet GUI: Graphical User Interface HA: Hasta Arl K/T: Kuvvet/Tork MK: Maksimum Konum MULOS: Motorized Upper Limb Orthotic System NEH: Normal Eklem Hareketi PM : Permanent Magnet REHAROB:RoboticRehabilitationSystemForUpperLimbMotion Therapy ForThe Disabled FZYOTERABOT: Fizyoterapist Robot RTW : Real Time Windows Target SM0: Servomotor Taban (taban link) xiv SM1: Servomotor 1 (Link 1) SM2: Servomotor 2 (Link 2) VTK: Veri Toplama Kart YSA: Yapay Sinir A xv EKL LSTES SAYFA NO ekilI.1Alt Ekstremite iin CPM Cihazlar...3 ekilI.2CYBEX Cihaz.3 ekilI.3Rehabilitasyon Robot Sistemi7 ekilII.1Anatomik Dzlemler11 ekilII.2Kala-Fleksiyon/Ekstansiyon..13 ekilII.3Kala-Abduksiyon-Adduksiyon.14 ekilII.4Kala-eksternal/internal rotasyon14 ekilII.5Diz-Fleksiyon/Ekstansiyon..15 ekilII.6Terapatik Egzersiz Trleri17 ekilII.7Biseps kas izotonik kaslma,(a) Konsentrik kaslma, (b)Eksentrik kaslma..19 ekilII.8zotonik Egzersiz Yaplabilen zel Bir Cihaz20 ekilII.9De Lorme Botlar le Yaplan Kuadriseps Egzersizi...20 ekilII.10Cybex Cihaz23 ekilII.11Kala Eklem Kaslar a-nden b-arkadan27 ekilII.12Diz Eklemi Kaslar29 ekilII.13Bir Serbestlik Dereceli Sistemin Aktif Empedans Kontrol.31 ekilII.14Sabit Bir Cisim ile Temas Durumu.33 ekilII.15Aktif Empedans Yntemi35 xvi ekilII.16Empedans Kontrol Blok Diyagram..37 ekilII.17Yardmc (asistif) Robot Uygulamalar.37 ekilII.18Protez Robot Kollar..38 ekilII.19CPM Cihazlar...39 ekilII.20EMG Tabanl Exoskeletal Robot Kolu.44 ekilII.21Lum ve di. nin Kulland Sistem...46 ekilII.22MULOS Projesi.....46 ekilII.23MIT-Manus.......47 ekilII.24Pinomatik Tahrikli Rehabilitasyon Sistemi...47 ekilII.25TEM: Therapeutic Exercise Machine48 ekilII.26REHAROB....48 ekilII.27ARM Guide.......49 ekilII.28NEREBOT.....49 ekilII.29GENTLE/s Rehabilitasyon Sistemi..50 ekilII.30RUPERT (Robotic Upper Extremity Repetitive Therapy)50 ekilII.31WREX......51 ekilII.32(a)Haptic Walker(b) LOKOMAT Yrme Sistemi(c) PAM+Arthur Yrme Sistemi.51 ekilIII.1FZYOTERABOT Blok Diyagram..54 ekilIII.2Zeki Kontrolr Yaps...56 ekilIII.3FZYOTERABOT....60 ekilIII.4FZYOTERABOT Donanm...63 ekilIII.5Link 2nin Temsili..64 ekilIII.6Pasif Egzersiz iin Ak Diyagram..70 ekilIII.7Yava Hz iin Md=4, Kd=20, Dd=0.01 Fleksiyon-Ekstansiyon Hareketi....72 ekilIII.8Orta Hz iin Md=4, Kd=20, Dd=0.01 Fleksiyon-Ekstansiyon Hareketi...72 ekilIII.9Aktif Yardml Egzersiz iin Ak Diyagram.....73 ekilIII.10zotonik Egzersiz iin Ak Diyagram...75 ekilIII.11zometrik Egzersiz iin Ak Diyagram.....76 ekilIII.12zokinetik Egzersiz iin Ak Diyagram.78 ekilIII.13Fizyoterapistin Sisteme Egzersiz Hareketlerini retmesi.79 xvii ekilIII.14renme Modu (fizyoterapistin terapisi) ...79 ekilIII.15renme Modu Ak Diyagram.....80 ekilIII.16Direk Terapi Modu......81 ekilIII.17Zeki Terapi Ak Diyagram....84 ekilIII.18Kas Testi Ak Diyagram.......85 ekilIII.19Kullanc Ara Yz Ana Men Ekran....87 ekilIII.20Kas Testi Ekran......88 ekilIII.21(a) Kavrama aparat(b) Parametre tespit arayz..89 ekilIII.22Pasif Egzersiz Ekran......90 ekilIII.23Aktif Yardml Egzersiz Ekran.......90 ekilIII.24zotonik Egzersiz Ekran.....91 ekilIII.25Diren Kademeleri......91 ekilIII.26Tekrarsz zometrik Egzersiz Ekran...92 ekilIII.27Tekrarl zometrik Egzersiz Ekran.....93 ekilIII.28zokinetik Egzersiz Ekran...93 ekilIII.29Roboterapi alma Ekran......94 ekilIII.30renme Ekran.......94 ekilIII.31Direk Terapi Ekran....95 ekilIII.32Zeki Terapi Ekran.......95 ekilIII.33Zeki Terapi Ara Yz Ak emas...96 ekilIII.34Operatr Modu Ekran.....97 ekilIII.35Grafik Sonu Ekran....98 ekilIV.1TrapezoidalBirYrngeBoyuncaYaptrlanPasif Egzersizler.......100 ekilIV.1(a)Trapezoidal Yrnge 10 derece/s....100 ekilIV.1(b)Trapezoidal Yrnge 20 derece/s....101 ekilIV.1(c)Trapezoidal Yrnge 30 derece/s....101 ekilIV.2Aktif Yardml Egzersiz (Ekstansiyon 60 derece) .102 ekilIV.3FarklMdParametreDeerleriiinDeneklerinYava Hz da Kuvvet ve Konum Grafikleri..105 ekilIV.3(a)Md=4, Kd=20, Dd=0, Yava Hz..105 ekilIV.3(b)Md=6, Kd=20, Dd=0, Yava Hz..105 ekilIV.3(c)Md=8, Kd=20, Dd=0, Yava Hz..106 xviii ekilIV.3(d)Md=10, Kd=20, Dd=0, Yava Hz....106 ekilIV.4Farkl Md Parametre Deerleri iin Deneklerin Orta Hz da Kuvvet ve Konum Grafikleri..107 ekilIV.4(a)Md=4, Kd=20, Dd=0, Orta Hz.....107 ekilIV.4(b)Md=6, Kd=20, Dd=0, Orta Hz....107 ekilIV.4(c)Md=8, Kd=20, Dd=0, Orta Hz....108 ekilIV.4(d)Md=10, Kd=20, Dd=0, Orta Hz..108 ekilIV.5Farkl Md Parametre Deerleri iin Deneklerin Hzl Seviyede Harekette Kuvvet ve Konum Grafikleri..109 ekilIV.5(a)Md=4, Kd=20, Dd=0, Hzl......109 ekilIV.5(b)Md=6, Kd=20, Dd=0, Hzl .....109 ekilIV.5(c)Md=8, Kd=20, Dd=0, Hzl......110 ekilIV.5(d)Md=10, Kd=20, Dd=0, Hzl ...110 ekilIV.6Farkl Kd Parametre Deerleri iin Deneklerin Yava Hz da Kuvvet ve Konum Grafikleri....111 ekilIV.6(a)Md=6, Kd=20, Dd=0, Yava....111 ekilIV.6(b)Md=6, Kd=100, Dd=0, Yava.....112 ekilIV.7Farkl Kd Parametre Deerleri iin Deneklerin Orta Hz da Kuvvet ve Konum Grafikleri......113 ekilIV.7(a)Md=6, Kd=20, Dd=0, Orta....113 ekilIV.7(b)Md=6, Kd=100, Dd=0, Orta......113 ekilIV.8Farkl Kd Parametre Deerleri iin Deneklerin Hzl Seviye Harekette Kuvvet ve Konum Grafikleri..114 ekilIV.8(a)Md=6, Kd=20, Dd=0, Hzl......114 ekilIV.8(b)Md=6, Kd=100, Dd=0, Hzl....115 ekil IV.9Farkl Dd Parametre Deerleri iin Deneklerin Kuvvet ve Konum Grafikleri........117 ekilIV.9(a)Md=5, Kd=40, Dd=0, Hzl......117 ekilIV.9(b)Md=5, Kd=40, Dd=0.1, Hzl..117 ekil IV.10zotonik Egzersiz Hafif Diren Seviyesi iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Grafikleri...119 ekil IV.10(a)Hafif Diren Seviyesi, Yava Hz......119 ekil IV.10(b)Hafif Diren Seviyesi, Orta Hz......119 xixekil IV.10(c)Hafif Diren Seviyesi, Hzl Hareket..120 ekil IV.11zotonik Egzersiz Orta Diren Seviyesi iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Grafikleri...121 ekil IV.11(a)Orta Seviye, Yava Hz......121 ekil IV.11(b)Orta Seviye, Orta Hz.....121 ekil IV.11(c)Orta Seviye, Hzl Hareket.....122 ekil IV.12zotonikEgzersizYksekDirenSeviyesiiinFarkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Grafikleri....122 ekil IV.12(a)Yksek Seviye, Yava Hz......122 ekil IV.12(b)Yksek Seviye, Orta Hz.....123 ekil IV.12(c)Yksek Seviye, Hzl Hareket.....123 ekil IV.13zotonikEgzersizEnYksekDirenSeviyesiiin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Grafikleri......124 ekil IV.13(a)En Yksek Seviye, Yava Hz.....124 ekil IV.13(b)En Yksek Seviye, Orta Hz....124 ekil IV.13(c)En Yksek Seviye, Hzl Hareket....125 ekilIV.14Bacak U Noktasna 4 Kg.lk Etki ile zometrik Egzersiz127 ekilIV.15Bacak U Noktasna 5 Kg.lk Etki ile zometrik Egzersiz 128 ekilIV.16Farkl Hzlarda zokinetik Egzersizler....129 ekil IV.16(a)20 derece/s Hz iin zokinetik Egzersiz.....129 ekil IV.16(b)30 derece/s Hz iin zokinetik Egzersiz.....129 ekil IV.16(c)40 derece/s Hz iin zokinetik Egzersiz.....130 ekilIV.17renme ve Direk Terapide Konumun Deiimi...131 ekilIV.18renme ve Direk Terapi Esnasnda Motor Torkunun Deiimi...132 ekilIV.19Zeki Terapide Hasta Uzuv Konum ve Kuvvet Grafii133 ekilIV.20Uzuv Tepki Kuvveti....133 ekilV.1Eitim Amal Kullanm Ana Mens135 ekilV.2PD Kontrol Ara Yz..136 ekilV.3PID Kontrol Ara Yz....137 ekilV.4Empedans Kontrol Ara Yz..137 ekilA.1Servostar 300 Servomotor Src..160 ekilA.2Servostar Src Yazlm Ekran....161 xx ekilA.3(a) WPLE serisi redktr, (b) PLE serisi redktr.. 161 ekilA.46024E VTK..162 ekilA.5Diferansiyel Enkoder Sinyalleri..163 ekilA.6Motor aft Konum Bilgisinin letilmesi.164 ekilA.7ok Turlu Potansiyometre...164 ekilA.8Potansiyometre Filtre ve Kazan Devresi...164 ekilA.9Potansiyometre Konum Bilgisi MATLAB-Simulink Modeli..165 ekilA.10Delta Kuvvet Alglayc ve Kontrolr..165 ekilA.11Sistemin Elektronik Donanm Yaps .166 ekilA.12Delta Kuvvet/Tork Alglayc ....166 ekilA.13Kontrolrn Giri ve klar ...167 ekilA.14Alglaycya Uygulanan Kuvvet Ve Tork Vektrleri..167 ekilA.15Kuvvet Bilgisinin Alnmasna likin MATLAB-Simulink Modeli.....168 ekilB.1FZYOTERABOT Atalet Momentleri Hesabnda Kullanlan Paralar..172 ekilB.2Link 2 Ataleti Momenti MATLAB Modeli174 ekilB.3Ayak Ktle Merkezinin Dnme Noktasna Uzakl..175 ekilC.1Denek A iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi178 ekilC.2Denek B iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi178 ekilC.3Denek C iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi179 ekilC.4Denek D iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi179 ekilC.5Denek E iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi180 ekilC.6Denek F iin Farkl Hzlarda Kuvvet ve Konum Deiimi180 ekilC.7Denekler iin Farkl Hzlarda Kuvvet Deiimi (Bir Tekrar) ....181 ekilC.8Denekler iin Farkl Hzlarda Kuvvet Deiimi (ki Tekrar) ....181 ekilC.9Denekler iin Farkl Hzlarda Kuvvet Deiimi ( Tekrar) ....182 ekilE.1nsan Kas Yaps (nden)....186 ekilE.2nsan Kas Yaps(Arkadan).187 xxi TABLO LSTES SAYFA NO TabloII.1Alt Uzuvlar iin En yaygnKullanlan Alt Ekstremite Eklem Hareket Snrlar........13 TabloII.2DAPRE Teknii....................25 TabloII.3alma Arl Ayarlama izelgesi...26 TabloIII.1Zeki Kontrolr Birimlerinin Grevleri.58 TabloIII.2DizFleksiyonEkstansiyonKalaAbduksiyonAdduksiyon...............................61 TabloIII.3DizfleksiyondaveekstansiyondaikenKalaFleksiyonEkstansiyon ..........62 TabloIII.4Egzersiz Trlerine Gre Sistem Giri Bilgileri....67 TabloIII.5Manual Kas Testi Snflamas ve Egzersiz Trleri...68 TabloIII.6Egzersiz Trleri ve Kontrol Yntemleri...............68 TabloIII.7Empedans Parametre Deerleri.....71 TabloIII.8Denek Verileri...........................82 TabloIII.9EHA Aralklarna Gre Dosya simleri....82 TabloIII.10zotonikEgzersizDirenKademeleriParametre Deerleri...........................92 TabloIV.1Empedans Parametre Deerleri.....104 TabloIV.2Direnli Egzersiz Denekleri Fiziksel zellikleri..104 xxiiTabloIV.3Kd=20veKd=100iinYavaHzMaksimumEks.veFlek. Kuvvetleri....112 TabloIV.4Kd=20veKd=100iinOrtaHzMaksimumEks.veFlek. Kuvvetleri....114 TabloIV.5Kd=20veKd=100iinHzlHareketMaksimumEks.ve Flek. Kuvvetleri....115 TabloIV.6Hareket Hzlarna Gre Maksimum Eks. ve Flek. Kuvvetlerin Toplam Deerleri..........................116 TabloIV.7Dd=0 ve Dd=0.1iin Hzl Hareket Maksimum Eks. ve Flek. Kuvvetleri......118 TabloIV.8zotonik Egzersiz Diren Kademeleri Parametre Deerleri..125 TabloA.1Servo Motorlarn Model ve Parametre Bilgileri...159 TabloA.2Servo Motor Srclerin Model ve Parametre Bilgileri...160 TabloA.3Redktrlerin Model ve Parametre Bilgileri162 TabloA.46024E VTK zellikleri162 TabloB.1Paralarn Ktle ve Ktle Merkezleri...172 TabloB.2Bileklik Konumuna Gre r1 Ktle Merkezinin Deeri.172 TabloB.3Aparat Konumuna Gre r2 Ktle Merkezinin Deeri...173 TabloB.4ParaNumaralarnaGreKtle,KtleMerkeziVeFrekans Deerleri174 TabloB.5Uzuvlara Gre Arlk Katsaylar176 TabloE.1Alt Uzuv Kaslar...188 1 BLM I GR ve AMA Literatrdekifarkltanmlararasndarehabilitasyoniinyaplanengenel tanm u ekildedir: Fizyolojikveyaanatomikbirbozukluuyadayetersizliiolandolaysile evreselkstlamalariindebulunanbireyinfiziksel,psikolojik,sosyalvemesleki durumuilemeslekdaktivitelerindemmknolanenstfonksiyonelseviyeye ulatrlmas ilemine rehabilitasyon denir. (nal 2003) Artandnyanfusuilebirlikteinsanuzuvlarndakisorunlarnartmas rehabilitasyonudahadanemlibirhalegetirmitir.Buuzuvlarnilerhale getirilmesivekaskuvvetininarttrlmasnemlibirsorundur.Ayrcabuinsanlarn toplumdakisosyalhayatlarnageridnebilmelerikendileri,aileleri,yaknevreleri ve en nemlisi toplum iin son derece nem tamaktadr. Kol ve bacak gibi gvdeye baluzuvlardakisorunlarortayakaranennemlinedenleryallk,ivetrafik kazalarilesavalardr.Rehabilitasyonilemininennemliunsurlarndanbirisi gvdeyebalolankolvebacakgibiuzuvlarnfonksiyonlarnnyeniden kazandrlmasdr. Bu yeniden kazanm srecinde terapatik egzersizler ok nemli bir yertutmaktadr.Terapatikegzersizler,fizyoterapisttarafndanhastayayaptrlan veyahastanndurumunagrekendisinindeyapabildiipasifveaktifegzersiz hareketlerinden oluur. 2 Rehabilitasyon iin ya hastann tedavi merkezine gitmesi ya da fizyoterapistin hastayagelmesigerekmektedir.Builemleruzunsreleralmakta,zahmetlive maliyetliolmaktadr.Bununyansratedavisreciherikitarafiinsabr gerektirmektedir.Ayrcabirfizyoterapistaynandasadecebirhastayaterapatik egzersiz yaptrabilmektedir.teyandansonyllardasporcusalnaynelikilgiliteknolojilerhzla gelimektedir.Sporcukaslarnnkuvvetlendirilmesiiinelektronikvebilgisayar kontroll cihazlarn gelitirilmesine ynelik almalar yaplmaktadr. I.1 REHABLTASYON AMALI ELEKTROMEKANKSSTEMLER Rehabilitasyonamaleitlielektromekanikcihazvealetlergelitirilmitir. CPM(ContinuousPassiveMotions)veCybexcihazlarbunlarnennemlileridir. Ancakbucihazlarhareketkabiliyetleriasndandkserbestlikderecelive herhangibirgeribildirimzelliibulunmayancihazlardr.Bunedenlerdendolay yksekhareketkabiliyeti,renme,kaytyapabilmeveobjektifdeerlendirmegibi zellikleri nedeniyle son on ylda rehabilitasyon srecine robotlarn dahil olmas iin eitli almalar yaplmaktadr. I.1.1 CPM: Gnmzde tedavi amacyla CPM ad verilen, pasif egzersizler iin ayarlanan hz ve srede bacak ve kol hareketlerini yaptrabilen cihazlar kullanlmaktadr. Fakat bucihazlarpasifalmaktavetektiphareketyapmaktadrlar.Herhangibirgeri bildirimyadarenmezellikleribulunmamaktadr.Bucihazlardayaplarnabal olarakeitlimekanikkstlarmevcuttur.Rehabilitasyonsrecindegerekletirilen hareketlerarasndaokluserbestlikderecesinesahiphareketlermevcuttur.Fakatbu cihazlar genelde bir ya da iki serbestlik derecesine sahiptirler. 3 ekil I.1 Alt Ekstremite iin CPM Cihazlar (www.arthroscopy.com/cpm.gif,http://www.qhpincb2b.com/Therapy/CPM/knee.asp) I.1.2 Cybex: Cybex,eklemhareketisrasndaheradaaynhzuygulayabilenterapatik bircihazdr.Bucihazzelliklesporcularntedavisindekullanlrveizokinetik egzersizleriingelitirilmitir.Buuygulamailehareketinherasndakaslarn maksimum kaslmas sz konusu olur. alan kii hareket esnasnda hareket yaplan her ynde (rnein hem ekstansiyon hem fleksiyon) g uygulad iin eklemin her iki ynndeki kas gruplarn da altrr. Cybex cihaznn da CPM gibi herhangi bir renme veya tepkiye cevap verme zellii bulunmamaktadr. ekil I.2 CYBEX Cihaz 4 I.1.3 Rehabilitasyon Amal Robotlar: Rehabilitasyonamalkullanlanrobotlaranasnfaayrlmaktadr.Bunlar; yardmc(asistif)robotlar,protezrobotlarveterapatikrobotlardr.Butezterapatik robotlarsnfndayeralmaktaolup,altuzuvlarnrehabilitasyonunayneliktir. Rehabilitasyondarobotlarnkullanmnnbalcasebepleriuekildesralanabilir: (Krebs 2006) Robotlar, rehabilitasyondaki tekrarl hareketleri kolayca yapabilirler, Daha nceki harici kuvvetlerin uygulanabilmesini salarlar, Ayn kuvveti tekrarl olarak uygulayabilirler, Terapi modlarndaki gerekli koullar fizyoterapiste gre daha kesin meydana getirebilirler.Son yllarda yaplan rehabilitasyon amal almalarda robot kullanmnn klasik tekniklere gre birok avantaj olduu tespit edilmitir.(Lum ve di. 2002) Ayrca bir robot, hasta ile ilgili bilgi kaydn (tedaviye verdii cevap gibi) bir insana gre daha salklbirbiimdegerekletirebilir.(Richardson,Brown,Plummer2000) Rehabilitasyonamalrobotalmalarndasononyldrbelirginbirartvardr. Ancakbualmalarnbirouhenzaratrmaaamasndadr.Rehabilitasyon amal robot almalar hakknda detayl bilgi Blm II de verilecektir. I.2 REHABLTASYON AMALI ROBOTLARDA KULLANILAN KONTROL YNTEMLER Rehabilitasyondainsan-hastaetkileimiolduundankuvvetvekonum kontrolnbirliktegerektirmektedir.Bunedenlerehabilitasyonamalrobotlarda zelliklebirleik(hibrid)kontrol(Mingvedi2005,Berhardtvedi.2005)ve empedans kontrol yntemleri kullanlmaktadr.Birleikkontrolyntemindekuvvetvekonumikiayrkontrolrtarafndan kontroledilir.Empedanskontroltekniindeisekuvvetvekonumkontroledilmez. Kontrol, robot kolu u noktas mekanik empedansnn ayarlanmas yolu ile kuvvet ve konumkontrolnngerekletirilmesiesasnadayanr.Empedanskontroln 5 temelleriilkolarakNevilleHogantarafndanatlmtr.(Hogan1985)Bukontrol yntemiilemekanikbirsistemdekiesneklik,atalet,snmgibitmparametreler gznne alnm olur. Empedans kontrol yntemi ile ilgili geni bilgi Blm II de verilecektir. EmpedansKontrolinsanrobotetkileimliuygulamalardaveevreile temasnolduurobotilemlerindeenuygunkontrolyntemiolarakkabul edilmektedir. (Jung ve Hsia 1998, Nagata ve di. 1998, Dutta ve Obinata 2002, Tsuji ve di. 2005)Rehabilitasyonamalrobotuygulamalarndaempedanskontrolenok kullanlanyntemdir.(Aisenet.al1997,Culmervedi.2005,Richardsonvedi. 1999,2000,2003,2005,Okada2000,Krebsvedi.1998,2003,Tanakavedi. 2000)Bukontrolyntemisayesinderobotbirinsankadaryumuakveduyarl ekilde verilen grevleri yerine getirebilmektedir. I.3 PROBLEMN TANIMI Gvdeyebaluzuvlarnrehabilitasyonundazelliklefizyoterapistlerden yararlanlmaktadr.Buyntemindezavantajuzunsrelervemaliyetgerektirmesi, zahmetlivesabristeyenbirsreolmasdr.Ayrcafizyoterapistleringnlkhasta kabulsayssnrldr.Rehabilitasyonamalkullanlancihazlarmevcutolmakla beraberrenmekabiliyetivegeribildirimiolmayan,pasifalanvegenelde hareket kabiliyeti asndan bir ya da iki serbestlik derecesine sahip olan cihazlardr. Tekrarlveokserbestlikderecelihareketlerifizyoterapistefazlaihtiyaduymadan yapabilecek, fakat hastadan hastaya ortaya kan farkllklar da dikkate alabilecek ve hastadangelentepkilerecevapverebilecekbircihaznvarlbykkolaylklar salayacaktr.Son yllarda rehabilitasyon amal robot almalar yaplmaktadr. Ancak bu almalardastekstremiteileilgilialmalaraarlkverilmektedir.(Leevedi. 1990,Lum1995-1997,MULOS1997,Krebsvedi.1998,Raovedi.1999, Richardsonvedi.1999-2003-2005,REHAROBProject-2000,Reinkensmeyer 2000, Loureiro ve di 2003) Ancak alt ekstremite ile ilgili almalar ise son derece azdr(Sakakivedi.2000-2001,Okadavedi.2000,Hommavedi.2002)vebu 6 konudazmbekleyenoksaydaproblembulunmaktadr.Ayrcaburobotlarya pasif ve aktif yardml vaya yalnz aktif yardml egzersizleri yaptrabilmektedirler. I.4 AMA Butez,ortayakonanproblemerevesinde,fizikselolarakproblemli hastalarnveyasporcularnrehabilitasyonsrecindefizyoterapistlereyardmc olacak, karar verebilen ve renebilen, bilgi ve kural tabanl alan, CPM ve Cybex denfarklolarakhempasifhemaktifhemdefizyoterapistlertarafndanyaptrlan egzersizhareketlerini(fleksiyon-ekstansiyon)gerekletirebilen,diz rehabilitasyonunaynelik,savesolbacakiinuygun,farkluzuvuzunluklarna greayarlanabilen,yazlmvedonanmasndangvenlikkontroll,birrobot kolunun kuvvet ve konumunun kontrol amalanmaktadr. I.5 UYGULAMAYA KATKI Rehabilitasyonamalrobotlarntasarmvekontrolalanndakialmalar henzaratrmaaamasndadr.zellikleyapayzekateknikleriningeliimibu aratrmalarabirivmekazandrmtr.Robotvemedikalteknolojilerininbirarada kullanlduygulamalargnmzdetmdnyadasondereceilgiekmektevebu konuzerinearatrmalaryaplmaktadr.Robotvemedikalteknolojilerini bnyesindebarndranbualmatmdnyaiinolduugibilkemiziinde nemlidir. Ayrca bu alma Trkiyede rehabilitasyon robot almalarnda bilinen ilk almadr. Gelitirilen sistemin uygulamaya katklar u ekilde sralanabilir: Fizyoterapistaynandatekbirhastaytedaviedebilir.Ancakbusistem sayesindebirfizyoterapistingzetimindebirdenfazlasistemaltrlabilir. Bylece fizyoterapistlerin gnlk hasta kabul says artacaktr. Fellihastalaradzenli olarakyaptrlmakzorundaolanegzersizhareketleri bucihaztarafndanhastayayaptrlabilir.Bylecehastayabakmakzorunda olankiileregzersizleriinharcayacaklarvakitleri,hastannbaka ihtiyalarn gidermek iin kullanabilecektir. 7 SistemCPMdenfarklolarakderecelidirenlivedirenliegzersizleri yapabilmektedir ki bu egzersizler fizyoterapistler iin son derece yorucudur. AyrcasistemizometrikegzersiztrseildiindeEHA(eklemhareket akl) na kadar izotonik egzersiz de yapabilir.Fizyoterapistin yaptrd rutin hareketleri sistem arzu edilen say ve alarda yapabilir.Hastann tedavi srecindeki durumu kayt altna alnabilir. Fizyoterapistin yapm olduu kas testini sistem kendisi yapabilir ve hastann kas derecesini belirleyebilir. I.6 REHABLTASYON ROBOT SSTEM (FZYOTERABOT) GelitirilenRehabilitasyonRobotSistemi(FZYOTERABOT)ekilI.3te verilmi olup pasif, aktif ve el ile yaplan egzersiz trlerini gerekletirebilmektedir. Savesolbacakiinkullanlabilmekte,farkluzuvuzunluklarnagre ayarlanabilmektedir.Butezde,gelitirilenrehabilitasyonsisteminindonanm- yazlm yaps, mekanii, sistem modeli ve kontrol yaps yer almaktadr. ekil I.3 Rehabilitasyon Robot Sistemi 8 Sistemindonanmyapsndatahrikelemanolarakservomotor,alglayc olarakkuvvetvekonumalglayclar,gvenlikiinsnranahtarlar, analog-dijital veri dnmleri iin veri toplama kartlar kullanlmtr. Sistemin ynetimi Pentium 4, 1GB RAM hafzaya sahip bir PC zerinden yaplmaktadr. SistemyazlmolarakMATLABR2006aR14RealTimeWindowsTarget Toolbox(RTW)kullanlmtr.KullancarayzeyiMATLABGrafikselKullanc Ara Yzeyi (GUI) kullanlarak yaplmtr. Arayzey fizyoterapistler iin kullanl vekolayolabilecekekildetasarlanmtr.Terapisonular(uzuvakl,hastaya uygulanankuvvetdeerlerivehastanntepkileri)netbirekildekullancara yzeyinde gzlenebilmektedir.Sistem,bilgivekuraltabanlalanbiryapnn,konvansiyonelkontrol yntemleri olan empedans ve PID kontrol teknikleri ile birletirilmesi sonucu oluan bir zeki kontrolr tarafndan kontrol edilmektedir. Sistem mekanizmas serbestlik dereceli olup, hem sa hem sol bacak iin terapatikegzersizleriyaptrmayauygundur.Farkluzuvuzunluklariin ayarlanabilmektedir.Tmmotorlartabanayerletirildiindenmotorarlklarnn sistemdinamiklerineetkisiyoktur.Dizeklemipantografyapdagelitirilmitir. Sistem gvenlii donanm ve yazlm kontroll olarak salanmaktadr. I.7 TEZ BLMLERNN ERKLER II.blmde,rehabilitasyon,terapatikegzersizler,altuzuvanatomisive biyomekaniine ilikin teorik bilgiler ile literatr taramasna yer verilmitir. Bu tezde kullanlantemelkuvvetkontrolyntemiolanempedanskontrolyntemi aklanmtr.III.blmde,rehabilitasyonrobotsistemininanaliz,modellemevekontrol aklanmtr. IV. blmde ise deneysel sonular aklanmtr ve deerlendirilmitir.V. blmde, eitim amal kullanm aklanmtr. VI.blmdesonulartartlmvegelecekalmalariinneriler sunulmutur.9 BLM II GENEL BLGLER VE LTERATR II.1 REHABLTASYONA LKN TERMLER, TANIMLAR II.1.1 Temel Tanmlar: DnyaSalkTekilat(WHO)nnBozukluk,YetersizlikveEngellilik tanmlar aada verilmitir: (nal 2000) Bozukluk(Impairment):Vcudunanatomik,fizyolojikveyapsikolojikyapsnda ve ilevinde grlen herhangi bir kayp veya anormalliktir. rnekler; kaslarda oluan kuvvet kayb, ar, eklem tutukluklar, konsantrasyon eksiklii. Yetersizlik(Disability):Vcuttagelienbozukluabalolarak,insanvcudunun yapmasdoalkabuledilenhareketveilevleriyapamamasveyayapmakta zorlanmasdr.rnekolarakbirsekreterinboyunftolmas,dizeklemindeki yaralanma sonucu tenis oynamayan kii ya da sporcu gsterilebilir. Engellilik(Sakatlk-Handicap):Bozuklukveyayetersizliin,kiininyann, cinsinin,sosyalvekltreldurumunungerektirdiinormalilevleriniyerine getirmesiniengelleyecekderecedeolmasdr.Omurilikyaralanmasnedeniylefel 10 geirenler,kolveyabacanyitirenlerduyusalproblemiolanlarrnekolarak gsterilebilir. Rehabilitasyon kelimesi reve Habil kelimelerinin birleiminde meydana gelir.HabilkelimesiLatincekkenlidirveable=yapabilmeanlamnagelir. Rehabilitasyon kelime anlam olarak tekrar kazandrma manas tar.Fizyolojikveyaanatomikbirbozukluuveyayetersizliiolandolaysile evreselkstlamalariindebulunanbireyinfiziksel,psikolojik,sosyalvemesleki durumuilemeslekdaktivitelerindemmknolanenstfonksiyonelseviyeye ulatrlmasna rehabilitasyon denir. (nal 2003) Birbakatanmagreiserehabilitasyon;kas-iskeletsisteminetam fonksiyonunugerikazandrmaileminedenir.Rehabilitasyon,NormalEklem Hareketlerini(NEH)vekuvvetinigerikazanmasiingereken egzersizlervegerme hareketlerini ierir. (Griffith 2000)Birsporaktivitesinebalolarakgelienyaralanmanedeniilebeklenen fonksiyonelhareketleriniyerinegetiremeyenbirsporcununeskisalna kavuabilmesiveyenidensporadnebilmesiiinyaplanuygulamalaraSpor Rehabilitasyonu denir. (nal 2003) II.1.2 Anatomik Pozisyon, Eksenler ve Dzlemler: Eksen,etrafndahareketinmeydanageldiiizgiolaraktanmlanabilir. Dzlem,eksenedikolanvehareketinyapldalandr.Eksenvedzlem, rehabilitasyondaeklemleregrednlr.Btnhareketlerayaktaduru pozisyonunda,bailerde,stekstremiteler(uzuvlar)yanlarda,baparmakve parmaklarekstansiyondaavularkaryabakacakekildeveayaklarnbirarada tutulduuanatomikpozisyonagretanmlanr.Vcutiindengeentane belirli dzlem ve eksen olup bunlar birbirine diktir. Hepsinin kesitii nokta vcudun yerekimimerkezidir.Yerekimimerkezianatomikyapnnetkisiyle,erkekve ocuklarda daha yukardadr. AnatomikDzlemBildirenTerimler:temeldzlemvardrveherhangibir anatomik tanm bu ana dzlem esas alnarak yaplr. (Solomon 2000) a.SagittalDzlem(planumsagittale):Vcudundenarkayadikkesen dzlemdir. Bunlardan bir tanesi tam ortadan geerek vcudu birbirine eit iki 11 parayaayrr. Budzlememediandzlemdenir.Budzlemdekihareketler abduksiyon, adduksiyon ve lateral fleksiyondur.b.TransversyadaHorizontalDzlem(planumtransvarsum/horizontale): Yereparalel,vcudueninekesendzlemdir.Budzlemdekihareketler horizontalabduksiyon,horizontaladduksiyon,internalrotasyon,eksternal rotasyon, pronasyon ve supinasyondur. c.Frontal ya da Koronal Dzlem (planum frontale/coronale): Sadan sola ya da soldan saa, yukardan aaya olan dzlemdir. Bu dzlemdeki hareketler fleksiyon ve ekstansiyondur. Bu dzlemler ekil II.1 de verilmitir. ekil II.1 Anatomik Dzlemler (Solomon 2000) Eksenbildirenterimler:sagittal,transversvevertikaleksenlerdir.Median vcudun ortaizgisine doru, lateral vcudun orta izgisinden uzaa doru (sadece yana doru olmak zere) anlamn tar. Postr ve Balans: (Solomon 2000) Postr; vcudun her ksmnn, kendisine bitiik segmente ve btn vcuda oranla en uygunpozisyondayerletirilmesidir.Vcudunpostryastatikyadadinamiktir. 12 Statikpostr,oturma,ayaktadurma,yatmasrasndakipostrdr.Dinamikpostr, hareket srasndaki vcut pozisyonlardr.Balans; vcudun dengede olduu, yani vcudu etkileyen kar kuvvetler arasnda bir dzen olutuunda grlen durumdur.Dorupostr,herbirvcutksmnndierksmlarlailgilibalanssonucu olumasdr. Balans salam veya bozuk olabilir.Stabilite;balansndayankllveyabirbakadeyilebalansbozabilecek kuvvetlerekardirenmeyeteneidir.Ksacapostrsalambirbalanssonucu srdrlebilir.Dorupostrenazenerjininkullanld,tendon,ligamentler,kemiklerve eklemlerdeminimalzedelenmeninolduuvearlkmerkezinindestekyzeyi zerinde tutulduu bir pozisyonu anlatr.nsan vcudunun arlk merkezi; a.evresinde vcudun her ynde serbeste dnebildii noktadr, b.evresinde vcut arlnn zt ynlerde eit olarak dald noktadr, c. ana vcut dzleminin (sagital, frontal ve transvers) kesitii noktadr.Vcudunarlkmerkezilateraldenbakldndaortahatboyuncainsan boynununyaklakolarak%55indedir.Stabilitederecesietkenebaldr. Bunlar,destekyzeygenilii,arlkmerkezidestekyzeyiykseklii,yerekimi izgisinin destek yzeyine gre yerleimi eklindedir. II.1.3RehabilitasyonalikinHareketTanmlarveAlt Uzuv Hareketleri: II.1.3.1 Hareket Tanmlar: Rehabilitasyonda be temel hareket vardr. Bunlar; (Griffith 2000) Ekstansiyon(Extension): Bir uzvu veya eklemi uzatma, ama hareketi Fleksiyon(flexion): Bir uzvu veya eklemi bkme hareketi Abduksiyon(abduction):Biruzvuvcudunortahattndan(omurgaile temsil edilir) uzaklatrma hareketi. Adduksiyon(adduction):Biruzvuvcudunortahattnayaklatrma hareketi. Rotasyon: Uzvu evirme veya dndrme hareketi. 13 II.1.3.2 Alt Uzuvlar iin NEH Snrlar: Eklemhareketsnrlar,uzmanlartarafndanfarklderecelerdekabul edilmektedir. Bunlardan en yaygn kullanlanlar Tablo II1 de verilmitir. Tablo II.1 Alt Uzuvlar in En yaygn Kullanlan Alt Ekstremite Eklem Hareket Snrlar EKLEM HAREKET SINIRLARI EKLEMHAREKET AMERKAN ORT.CER.DER. KENDALLMcCREARY HOPPENFELDKAPANDJI Fleksiyon0-1200 0-12500-13500-1200 Ekstansiyon0-3000-1000-3000-300 Abduksiyon0-4500-4500-5000-300 Adduksiyon0-3000-1000-3000-300 D Rotasyon0-4500-4500-4500-600 Kala Rotasyon0-4500-4500-3500-300 DizFleksiyon0-13500-14000-13500-1600 II.1.3.3 Alt Uzuvlara Ait Hareketler: A- KALA:Hareket: Fleksiyon-Ekstansiyon Hareket Dzlemi: Sagittal Hasta Pozisyonu: Srt st veya yan yatabilir veya ayakta durur NormalSnrlar veHareketGenilii:Diz ekstansiyonda90o-170o,dizfleksiyonda 50o -170o ekil II.2 Kala-Fleksiyon/Ekstansiyon (Cole) Hareket: Abduksiyon-Adduksiyon Hareket Dzlemi: Frontal Hasta Pozisyonu: Srt st veya ayakta durur 14 Normal Snrlar ve Hareket Genilii: 135o -195o ekil II.3 Kala-Abduksiyon-Adduksiyon (Cole) Hareket: Eksternal ve internal rotasyon HareketDzlemi:Harekethorizontalveyatransversdzlemdeolurvealt esktremiteninntralyadaanatomikpozisyonundaninternalrotasyonynnde deviasyonu eklinde llr.Hasta Pozisyonu: Srt st Normal Snrlar ve Hareket Genilii:Eksternal rotasyon(Kala fleksiyonda)-40o Eksternal rotasyon(Kala ekstansiyonda)-45o nternal rotasyon (Kala fleksiyonda)-45o nternal rotasyon (Kala ekstansiyonda)-40o (a) (b) ekil II.4 Kala-eksternal/internal rotasyon (Cole) (a) Kala fleksiyon pozisyonda, (b) Kala ekstansiyon pozisyonda B-DZ: Hareket: Fleksiyon-Ekstansiyon Hareket Dzlemi: Sagittal Hasta Pozisyonu: Srt st yatar veya bir sandalyeye oturur 15 Normal Snrlar ve Hareket Genilii: 45o -180o ekil II.5 Diz-Fleksiyon/Ekstansiyon (Cole) II.2 EGZERSZ TRLER: Terapatikegzersizler,rehabilitasyonunennemliuygulamaalanlarndan biridir. Egzersiz rejimleri ila tedavisinin aksine tam olarak tanmlanm deildir. Bu hastalariinolumsuzbirdurumtekiletmektedir.Fizikselegzersizler,kuvveti, dayankll(endurance),vcuduveonabaluzuvlarnhareketkabiliyetini gelitirir. Bir egzersiz programnn elemanlar unlardr: Hasta: Egzersiz program hakknda nceden bilgilendirilmi olmaldr. Ama:Doktorvefizyoterapistegzersizprogramnnamacnanem vermelidir.Ama,hedeflenenkuvvete,kabiliyeteveperformansa hedeflenen srede varabilmektir.nlemler:Hastannegzersizprogramnacevabgzlenmelidir. Hastaya ar dozaj uygulanacaksa bilgilendirilmelidir. Sre: Her egzersiz periyodunun sresi iyi hesaplanmaldr. Younluk: Hastann durumuna gre ayarlanr. Hareket doall: Hareket doall, hz tarafndan karakterize edilir.Ritim:Herhareketinritmiveeffort(g)-relaxation(dinlenme-geveme) evrimi tanmlanmaldr.Zamanlama: Egzersiz program performans artrmaldr.Terapatik egzersiz trlerinde kullanlan terimlerin tanmlar aada verilmitir: (Sar 2002) 16 Tekrar: Bir egzersizin bir kez yaplmasdr.Set: Belli bir tekrar iinde zel egzersizlerin gruplandrlmasdr.Diren (Rezistans): Kas kontraksiyonuna kar olan kuvvettir. Diren birok ekilde salanabilir.rnein;serbestarlkla,zelcihazlarla,kumtorbalarileelastik bantlarla veya bir kiinin yardm ile gerekleen manuel diren ile. Bir Maksimum Tekrar: Tm hareket akl boyunca maksimum dirence kar bir kezhareketyaplmasdr.Dierbirdeyilebirkezkaldrlabilenmaksimum arlktr. KasKuvveti:Birkasveyakasgrubununmaksimaleforiledirencekarharcad g olarak tanmland gibi, kiinin belli bir zaman iinde kasta oluan kuvvet veya torku ortaya karma yetenei olarak da tanmlanr.OnMaksimumTekrar:tmhareketaklboyuncamaksimumdirele10kez hareketinyaplmasdr.Kasn10kezkaldrabildiimaksimumarlkileyaplan birok egzersiz program dzenlenmitir. Hareketin Zaman: Bir egzersizin bir tekrarnn tamamlandnda geen zamandr. stirahatZaman(interval):Setlervetekrarlararasndakizamandr.Uygulanan direncegrehersetarasnda1-3dakikadinlenmednemleriolmaldr.stirahat sresi egzersizi gvenli bir ekilde srdrmeye yeterli olmaldr. Terapatikegzersiztrleripasif,aktif,aktifyardml,direnliveizokinetik egzersizlereklindesnflandrlabilir.Pasifegzersizlerzelliklekaskaslmas olmayanhastalardauygulanr.Pasifegzersizlerelileveyabircihazyardmile yaplabilir.Yerekiminekarkasnfonksiyonunuyerinegetirebilmesidurumunda uzuvaktifegzersizyapmolur.Direnliegzersizlerinamackaskuvvetini arttrmaktr.Direnliegzersizlerdebenzerekildeelileveyaterapatikbircihaz yardmileyaplabilir.zotonikegzersizlerdekasnboyundauzamaizometrikteise kasn tonusunda artma meydana gelir. zokinetik egzersizlerde hz sabit kalmak zere hastavesporcuyasistemdirengsterir.Arlkldirenliegzersizlerdehastaveya sporcununfarklarlklarkaldrmasistenir.ButrlereilikinsnflamaekilII.6 daverilmitiroluppasifegzersizharicindekitmegzersiztrlerindeuzuvaktif olduundanBlmII.2.1AktifEgzersizlerbalaltndadetaylaklamalar yaplmtr.17 ekil II.6 Terapatik Egzersiz Trleri II.2.1 Pasif Egzersizler: HastayahareketlerbirfizyoterapistyadaCPMgibibircihaztarafndan yaptrlr.Buamalaeitlirobotikcihazlardakullanlmaktadr.Ama,normal eklem hareket aklna (Range Of Motion = ROM) erimektir. uurunu kaybetmi yadafellihastalarauygulananhareketsnrlarhastayaacvermeyecekekildeve yava olmaldr. II.2.2 Aktif Egzersizler: Hastahareketlerinikendikendinedirenliveyadirenolmakszn,yerekimi etkisialtndaveyayerekimiolmaksznyapar.Aktifegzersizler,eklemlerin fonksiyonlarnvekaskuvvetiarttrr.Hareketlerokkolayyadaokzor olmamaldr. Aktif yardml ya da aktif direnli egzersizlerden nce hastann sinirsel durum ve tendon zararlar giderilmelidir.18 II.2.2.1 Aktif Yardml Egzersizler: Hastalarnbelirlihareketlerigelimeyebalamiseaktifyardml egzersizlere balanr. Hastaya hareketler yaptrlrken fizyoterapist tarafndan yardm edilirveyerekimietkisiyokedilir.Buegzersizlerhastannkaskuvvetinive koordinasyonunu kuvvetlendirir. II.2.2.2 Aktif Direnli Egzersizler: Aktifdirenliegzersizlerbirdirencekaryaplr.Kaskuvvetindeart direnliegzersizlesalanabilir.Direnliegzersizler,dinamikveyastatikkas kaslmasna bir kuvvetle kar konulmasyla gerekletirilir. a.Statik(zometrik)Egzersizler:Statikegzersizlersabitbirdirencekaryaplr. Eklemasndadeiiklikmeydanagelmez.Kaskuvvetlendirmesiilemininenalt seviyedeetkilimetodudur.Ortopedikvesporrehabilitasyonundaerkensafhalarda yaplr. Ancak tm egzersiz hareketleri boyunca tercih edilmez. zometrikegzersizlerdekaslmagrlpbireklemhareketiolumayabilir. Sadecekasgvdesininbyklndebirartgrlr.zometrikkuvvetlendirme programlarndakaslmannsresininuzunluu,tekrarsays,oluturulangerilimin miktargibiparametrelervardr.Birizometrikegzersiziinkabuledilenminimum kaslma 610 saniye arasndadr. Statik kuvvetin artmas iin 10 tekrar gereklidir. Bir settetekrarlarn idealsays57arasndadr.Bununlabirlikte onlarkuralhastaya anlatma kolayl nedeniyle nemlidir. Bu kurala gre gnde 10 set yaplr. Her sette 10 tekrar vardr. Her kaslma 10 saniye srer. zometrik egzersizilekas kuvvetini arttrlabilir. Eer blgesel kas gruplar zel eklemalarndaaltrlrsa,kaslardaosabitadakuvvetartacaktr.Maksimal kuvvet kazanc iin sekiz hafta gereklidir. zometrik egzersiz yntemi ile dayankllk artmaz. zometrik egzersizlerin avantajlar unlardr;Kaslmasrasndahieklemhareketiolmadiinrehabilitasyon programnda erken dnemde kullanlabilir.Eklemin zorlanma riskini azaltr.Statikkaskuvvetinindzelmesineyardmeder.Ancakkasnaerobik potansiyelinin devam ettirilmesine ok az etkisi vardr.19 ilikler azalabilir.Herhangi bir ek ara gere gerektirmez ve her yerde kolaylkla yaplabilir.Uzun zaman gerektirmez. zometrik egzersizlerin dezavantajlar unlardr;zometrik hareketler kas younluuna yol aabilir. Kan basnc, kalp atn ve kardiyak k artrabilir. b.Kinetik(Dinamikyadaizotonik)Egzersizler:Hareketsnrboyuncadirenli hareketyapmaktr.zometrikhareketleregrekuvvetidahaokarttrr.zotonik egzersiz yerekimine kar yaplr. zotonik kaslma 3 grupta incelenir:Konsentrik (E Merkezli) kaslma: Kasn kaslmasyla sonulanr. Pozitif i olarak da bilinir. (ekil II.7a) Eksentrik(dmerkezli)kaslma:Kasnuzamasylasonulanr.Negatifi olarak bilinir. (ekil II.7b) Ekosentrik:ifteklemkatedenkaslar,herikiekleminhareketlerini salarken,hemkonsentrikhemdeeksentrikkaslmaktadr.Budurumda ortaya kan kaslma ekline ekosentrik kaslma denir. (nal 2004) ekil II.7 Biseps kas izotonik kaslma,(a) Konsentrik kaslma, (b) Eksentrik kaslma (Sar 2002) zotonikegzersizlereklemhareketaklboyuncasabitbirdirencekar yaplandinamikkaskontraksiyonlarilegerekletirilir.zotonikeitimdeyk vermekiinikiyntemkullanlr.Enyaygnolarakkullanlanyntemdirencin deimedii serbest arlklardr. Dier yntemde direncin deitirilebildii izotonik egzersiz cihazlardr. (ekil II.8) 20 ekil II.8 zotonik Egzersiz Yaplabilen zel Bir Cihaz (http://www.pedan.dk/produkter/biomedical/isotonic.jpg) zotonikkuvvetlendirmeprogramlarnnbiroktipigelitirilmitir.lklerden olanvehalenkullanlanDeLormeveWatkinsyntemleridir.Maksimumtekrar konseptini getirmilerdir. Maksimum tekrar (10) bir set boyunca 10 kez kaldrlabilen maksimal arlk miktardr. Birincisette10maksimumtekrarnyars(%50)ile10tekrar,ikincisette %75i ile 10 tekrar, nc sette %100 ile 10 tekrar yaplr. Kuvvet kazanmak iin idealtekrarsays6l3settirvenerilenalmasklhaftada4kezdir.De Lormeninilkformuaslndamaksimumtekrarn%10uilebalayphersette%10 artile%100eulaan10settenolumaktayd.Ancakarlklarndeitirilmesi srasndaokzamankaybedilmesivesetlerinsaysveardolaysylasetsays azaltlmtr. De Lorme botlar ile yaplan egzersiz ekil II.9 da verilmitir. ekil II.9 De Lorme Botlar le Yaplan Kuadriseps Egzersizi (Sar 2002) 21 DeLormetekniinebenzerolarakOxfordprogramdamaksimumtekrar konseptinikullanr.Bununlabirlikteperformanstamtersidir.nkDeLorme tekniindegiderekartanarlknedeniylesonsetlerde10tekrartamamlamakzor olabilmektedir. Oxford sisteminde birinci sette 10 maksimum tekrarn %100 ile 10 tekrar, ikinci sette %75i ile 10 tekrar, nc sette %50si ile 10 tekrar eklindedir. Haftada 4 gn yaplr ve her hafta 10 maksimum tekrar bulunur. Mcqueentekniinde10maksimumtekrarbulunur.Maksimumtekrarn %100 ile 4 set yaplr. Haftada 3 kez yaplr. 12 haftada bir 10 maksimum tekrar bulunur. Zinoviefftekniinde(Oxfordtekniiolarakilkdefatarifedilen)de10 maksimum tekrar bulunur. 10 set yaplr. Ancak her sette 1/2- 1/4 kg eksiltilerek 10 set tamamlanr. (Sar 2002) Roseteknii,ksamaksimalizotonikegzersizolarakdaadlandrlr.1 maksimumtekrarbulunur.1maksimumtekrar5saniyesreylekaldrlr.Hergn yaplr. 1 maksimum tekrar her gn yeniden belirlenir. (Sar 2002) DeLormesistemininbirmodifikasyonugnlkayarlanabilenaamal direnliegzersiz(GAPRE)sistemidir.Buprogramlaherbirsetiinoptimal kapasiteyeyaknalmavedirenlieitimegiderekartanbiradaptasyonsalanr. GAPREsistemi4setiierir.lkset10tekrarlolarakalmaarlileyaplr. Bu balangta bulunan seviye veya yaralanma sonras gelinen seviye temel alnarak tahminiolarakbulunur.kincisettedirenayarlamasalmaarlnnyaklak %75i ile 6 tekrar eklinde yaplr. nc ve drdnc set ise maksimal bir alma direncinekaryaplrvebusetlerdeprogresifdirenayarlanr.ncsette maksimalsaydatekraryaplmayaallrvebuyaplabilensaytemelalnarak drdncsetteyaklak56tekraraizinverecekekildealmaarlyaartrlr ya da azaltlr. Bu ekilde diren gnlk performansa gre ayarlanmaktadr. GAPRE sistemi ile nemli derecede bir kuvvet kazanm salanmaktadr. zotonik programlar iinde en iyisinin hangisi olduu konusunda bir dnce birlii yoktur. nemli olan hastaya uygun program semektir. Direnli alma veya kuvvetlendirme iin birok popler sistem vardr. Tek set sistemi: Her egzersiz maksimum 812 tekrarl olarak sadece 1 set yaplr. oklusetsistemi:Direnciartrmakiin23snmasetisonras5-6maksimum tekrarl 2-5 set yaplr. 22 Hafiften ara gitme sistemi: Bu De Lorme sistemidir. Ardanhafifegitmesistemi:Birsnmasetindensonra3-6tekrarlbirsetar kilolarla yaplr. Bunu daha sonra daha hafif kilolarla yaplan setler izler bu setlerde tekrarlarn says her bir baarl setin says ile ayndr. zotonik kuvvetlendirme egzersizlerinin avantajlar unlardr: Hastalarnounluundakolaylklayaplabilirveekipmanolarak ucuzdur.Arlklarn giderek artrlmas hastaya bir motivasyon salar.Hareket aklnn tm boyunca yklenme oluturur. Hem konsentrik hem de eksentrik kaslma yaplabilir.Hem kuvvet hem de dayankllk gelitirebilir.Buprogramlaregzersizingeliimininobjektifolarakizlenilmesinevebireysel programlarn gelitirilmesine izin verirler. zotonik kuvvetlendirme egzersizlerinin dezavantajlar unlardr; zotonikegzersizlerkasahareketininenzayfnoktasndayklenir.Bu nedenleenzayfnoktasndakaldrabildiiarlkaldrabilir.Dierhareket akl noktalarnda maksimum yklenme olmaz. Uygun teknik veya ekilde yaplmazsa kas-iskelet sistemi veya eklem zerine travmatik etkiler meydana gelebilir. zotoniklerinabukluu,aktivitesrasndakifonksiyonelhzlardagelitirme etkisiokazdr.Tmizotonikegzersizlerininperformansndahareketinhz konusunda problem vardr.zotonikegzersizprogramndaaerobikgelimezerineetkisioksnrldr. zellikle de eksentrik programlarda kas yorgunluu oluur.Arlk cihazlar geni bir yer gerektirir ve egzersiz sadece bir kas iin yaplr. c.zokinetikEgzersizler:1960larnbandaAmerikalbiomekanikuzman, JamesPerrinetarafndangelitirilmitir.Birizokinetikmakineilehastasabit hzda alr.zokinetikegzersiz,sabithzldirenliegzersizdir.Hznsabitkalmas,kas eforu (torku) na gre ayarlanan diren yolu ile olur. Kas eforu artt kadar sabit diren de artar. Bu tekniin temel teorik avantaj, tam hareket aklnda (ROM) maksimumkasgerilmesininsalanmasdr.Dieregzersizmodlarndabu 23 mmkndeildir.EnmehurizokinetikegzersizcihazekilII.10daverilen Cybextir. ekil II.10 Cybex Cihaz (www.unm.edu) zokinetikcihaz3temelbirimdenoluur.Dinamometre,hzseiciveveri kaytcihaz.Hzseici;servomotorhznseer.Hastancekihzdandahayksek birhzverdiinde,hzseicimotorundahahzlhareketineengelolacaktr.Hasta tarafndan oluturulan kuvvet dirence bal olarak ayarlanan bir formda hastaya geri dndrlr. zokinetikeithzanlamndadr.Tmhareketaklboyuncakaldra kolununhznnaynkalmasdr.Hastabuhzdeitiremez.Tmhareketakl iindesabitbirhzlavemaksimumdirencekarkoyarakegzersizyaplabilir.Basit biryaklamlasuiindeyaplanyrmeveyakomaegzersizlerinebenzetilebilir. zokinetiksistemlerelektronikvehidrolikksmlardanibaretoldukapahal cihazlardr. Egzersiz cihazlarn kullansalar da izotonik ve izokinetik egzersizler arasnda farkllklarvardr.zotonikegzersizlerdedirensabittir.Bunedenlemaksimalkas gerilimiveibaarlamaz.zokinetikegzersizlerdedirendeiir.Hareketakl iindeenzayfveenglolduunoktalardadirencebiruyum,birdeiimvardr. Manueldirenleaynprensipkullanlabilir.Ancakizokinetikcihazlayaplandaha objektiftir. Bazynlerdenizokinetikkuvvetlendirmeizotonikprogramlaraokbenzer. nerilenprogramsklherhaftaiin3kezdir.dameprogramdahaazsklkla yaplr.zokinetikegzersizlereitlihzlardaalmayaizinverirler(60derece/ saniye,120derece/saniye,180derece/saniye,240derece/saniye,300derece/ 24 saniye,450derece/saniye).Kazanlankuvvetegzersizinhznabaldr.Daha yksek hzlarda yaplan almalar dk hzlardaki kuvveti artrabilmektedir. Ancak dkhzlardakialmalaryksekhzlaratanamamaktadr.Fonksiyonelaktivite farklhzlardayapldiinizokinetikalmanndafarklhzlardayaplmas nerilmektedir. zokinetik egzersizlerin avantajlar; Kasn hareket aklnn en gl ve en zayf olduu noktalarda dirence olan uyumununyanndakasnmekanikvefizyolojikzelliklerinedeuyum salayan bir yntemdir.okgvenliegzersizlerdir.zokinetikegzersizcihazlarnngeerliliive gvenilirlii yaplan almalar ile kantlanmtr.Hastann performansnn kaydedilebilmesi ve saklanabilmesini salar.zokinetiksistemlersayesindeikiekstremitebirbiriylekyaslanabilir, agonist/antagonistoranlarbelirlenir,iveyorgunlukparametrelerillr, hareketin kinematik analizi yaplabilir.zokinetik sistemde llebilen parametreler unlardr:Tepe Tork (Maksimum Kas Gc),Agonist/Antagonist Kuvvet Oran,Ortalama G,Toplam ,Yorgunluk Snr,Tork Hzlanma Enerjisi,Maksimum Kas Gcnn Vcut Arlna Oran,Her ki Ekstremitenin Birbiriyle Kyaslanma Sonular.Farkl birok hz kullanlabilir. Yksek hzlarda alma ile izokinetik egzersizler gcartrr,eklemeolankompresifkuvvetleriazaltrvenrofizyolojiksistemi kuvvetlendirir.Ayrcaizokinetikegzersizprogramobjektiflmlereizinverir, submaksimal, maksimal programlar ve gelimelerinin izlenmesine olanak salar. zokinetik egzersizlerin dezavantajlar da unlardr; zokinetik cihaz ok pahaldr.Hastalarn ou bu egzersizi kolaylkla yapamazlar.Egzersiz srasnda hastann devaml izlenmesi gerekir. 25 Eldeedilenverilerindeerlendirilmesinemlibirtecrbevebilgi birikimini gerektirir.Kala ve gvde gibi geni kas gruplarnn test edilmesi ve gerekli egzersiz hareketlerininyaplmasndacihaznduyarllveperformanshakknda baz endieler vardr. II.2.2.3 Aktif Aamal Arlkl: (Kayhan 1995) Kaskuvvetiartanvedayankltiptekihastalaraarlklaryoluilediren uygulanr.Buegzersiztipindedirenarttrlarakmaksimum10tekrar(10RM= repetitionmaximum)yaplr.Heregzersizseansnda10tekrarhareketi7kez tekrarlanr. Daha sonraki haftalarda 10 tekrar hareketi daha eklenir. SonyllardaGnlkAyarlanabilirAamaldirenliEgzersiz(=Daily AdjustableProgressiveResistanceExercise-DAPRE)metoduskkullanlmaktadr. Buegzersizde4setyaplrvealmannarlncekigndekieforabalolarak ayarlanr. lk sette 10 tekrarl hareket yarm arlk ile gerekletirilir. kinci sette ise 6tekrar4hareket3\4arlkilehareketyaplr.4.settearlktekrarayarlanrve takip eden gnlerdeki egzersizler iin yeni alma arlklar kullanlr. Tablo II.2de bu set ve arlk deerleri verilmitir. Tablo II.2 DAPRE Teknii SetKullanlan Arlk OranHareket Tekrar 11\210 23\46 3TamMax(1) 4AyarlanrMax(2) (1)3.settekihareketsays4.settebalanacakarlkdeerlerininhesabndakullanlr.(Bkz.Tablo II.3) (2) 4. setteki hareket says ertesi gn allacak arlk deerlerinin hesabnda kullanlr. 26 Tablo II.3 alma arl ayarlama izelgesi alma arl ayar iin Tekrar says 4. setErtesi gn 0-23-5 kg azaltlr3-40-3 kg azaltlr.Ayn 5-7Ayn3-5 kg arttrlr 8-123-5 kg arttrlr3-8 kg arttrlr 13yadadaha fazla5-8 kg arttrlr5-10kg arttrlr DAPRE tekniinde optimum tekrar says 6 RM yk ile 6 tekrardr. Eer hasta 6 tekrardandahayksekperformansgstermiisearlkokhafif,tersigeerliise arlk ok fazladr. Hareket says arlk ayarlanmasna yardmc olur. Aamal Arlkl egzersizlerin sakncalar: Eklem ilii Eklem deikenlii (kararszl) Eklem kirelenmesi III.2.2.4 El ile Yaplan (Manual) Direnli Egzersiz: Fizyoterapisttarafndantamamenuzmanlnabalolarakyaplr.Kasn durumu gz ve el ile gzlenir. Tedavi srecinde hastann psikolojik ve kasn fiziksel durumuna gre fizyoterapist egzersiz srecinde deiiklie gider. II.3 ALT EKSTREMTE ANATOMS ve BYOMEKAN: II.3.1Kala-UylukAnatomisiveBiomekanii:(Baltac 2003) Temeldealtekstremiteninyapsstekstremiteyebenzer.Dikdurusonucunda bacaklarzerindeoluanstatikyklenme,ilevselgereksinimlernedeniyle,alt ekstremitede baz yapsal deiikliklerin ortaya kmasna yol aar. 27 Kala eklemi aadaki hareketlerden sorumludur: Fleksiyon-ekstansiyon Abduksiyon-adduksiyon Eksternal-internal rotasyonlar Kala eklemine etki eden kaslar: Bu kaslar ekil II.11 de verilmitir. a.Kala n yzndeki kaslar: M. lipsoas: Kalaya fleksiyon, d rotasyon ve adduksiyon yaptrr. M. Tensr fasciae latae: Fascia latann gerginletirilmesinde nemli bir rol oynar, ekil II.11 Kala eklem kaslar a-nden b-arkadan (Baltac 2003) M.Rectusfemoris:Quadricepskasnnbirblmdr.Kalaeklemininbir fleksrolarakgrevyapan,pelvisineeenvepelvisstabilizasyonuna yardmc olan biartikler bir kastr. M. Sartorious: Kala eklemine fleksiyon, d rotasyon ve abduksiyon yaptrr. b.Kalann i yzndeki kaslar: Yzeyel tabaka: M. Pectineus, m. adduktor longus ve m. gracilis Orta tabaka: M. Adduktor brevis Derin tabaka: M. Adduktor magnus 28 Kala adduksiyonundan sorumlu kaslardan oluur. c.Kalann d yzndeki kaslar: M. Gluteus medius: Uyluun abduksiyon kasdr.M.Gluteusminimus:Uyluunabduksiyonunaveirotasyonunanedenolup ne doru eker. d. Kalann arka yzndeki kaslar: M. Gluteus maksimus: Vcudun en gl kaslarndan biridir. Kala ekleminin ekstansiyonudur.schiocrural kaslar: Bu kaslar kala ekstansiyonuna yardmc olur ve bylece gluteus maksimus kas ile sinerjik alr. Bu grupta yer alan kaslar unlardr: -M. Piriformis -M. Gemellus superior -M. Gemellus inferior -M. Obturator externus -M. Obturator intemus -M. Quadratus femoris Bukaslarnanailevidrotasyondur.Dierlerinintmekolarak adduksiyonyaptrrkenpiriformiskasabduksiyonyaptrr.Altekstremite sabitlendiinde. pelvise lateral fleksiyon yaptrr. II.3.2 Diz Eklemi Anatomisi ve Biomekanii: Dizeklemi,femur,tibiavepatellaolmakzerekemiktenmeydanagelir. Tibia ve femur arasnda yer alan tibiofemoral eklem ve patella ile femur arasnda yer alan ve diz ekleminin zel bir paras olan patello femoral eklemden oluur. (Baltac 2003) Diz Eklemi Kaslar: ekil II.12 de diz eklemi kaslar verilmitir. 29 ekil II.12 Diz eklemi Kaslar (Griffith 2000) Dizfleksiyonu;hamsringler,M.GastrocnemiusveM.Popliteustarafndan salanr. Dizin ekstansiyonu ise quadriceps femoris kas tarafndan salanr. (Baltac 2003) II.4 REHABLTASYON TAKIMI: Rehabilitasyonilemi,birtakmiidir.Doktor,fizyoterapist,hemire, psikolog,sosyalhizmetuzman,iveuraterapisti,prostetiot-ortotiot,sosyal alman,odyolog,konumaterapistirehabilitasyontakmnyeleriolupbunun yan sra hastann kendisi, ailesi ve zel eitim uzman da bu takm yeleridir. Rehabilitasyon takmnn yeleri ve grevleri aada verilmitir:a.Doktor: b.veUra(Occupational)Terapisti(OT):Hastalarngnlkyaam aktivitelerinde bamszln en st seviyeye karmak iin alr. c.Fizyoterapist(=FizikselTerapist,FT):Fizyoterapist,doktortarafndan tanskonmuhastalar deerlendiren, fizyoterapiprogramnbelirleyen ve uygulayan, tedavinin etkisine gre, bu programda gerekli deiiklikleri yapan ve hastasnn fiziksel durumunu gelitirerek, toplum iindeki sosyal vemeslekirolnyenidenkazanmasnayardmcolan;yanirehabilite edenkiidir.Fizyoterapist,hastasnnkasgcne,eklemhareket 30 miktarna ve ar durumuna gre aktif, aktif yardml, pasif veya direnli egzersizleryaparakilgilivcutksmnn kuvvetini,esnekliini,eklem hareketmiktarnvedayankllnarttrmayamalar.Kasiskelet sistemineynelikolarakyaplanbuegzersizlerinyansra,nrolojik, kardiyovaskularvesolunumsistemineetkiedentedaviyaklamlarnda uygular.Ayrcahidroterapiteknikleri,elektroterapitraksiyonvemanual terapi teknikleri hakknda bilgi sahibidir. d.Rekreasyonal Terapist (RT): Hastalarn sosyal kapasitelerini, hobilerini, aile ilikilerini rehabilite eder. e.Hemire:Hastannpozisyonunundzeltilmesi,yeme,giyinmegibi aktivitelerine yardmc olur. Salnn korunmasn temin eder. f.Sosyalalman(S):Hastanndurumunustseviyelerekarmakiin kendisiveailesiilegrr.Gerekli finansmannsalanmasiinzm retir. Topluma uyumunu salar. g.Psikolog: Hasta ve ailesinin rehabilitasyon srecine tam katlmn salar. Hastalarnstressseviyesi,problemzmeyetenei,psikolojikdurum, davran durumu ile ilgili alma yapar. h.Konuma Terapisti (KT): Hastaya konuma ile ilgili tedavi yntemlerini uygular. i.Odyolog: Hastann iitme deneyimini test eder. 31 II.5 ROBOTLARDA EMPEDANS KUVVET KONTROL: Robot kolu u noktas (end-effector) mekanik empedansnn ayarlanmas yolu ilekuvvetvekonumkontrolnngerekletirilmesiesasnadayanr.Bumekanik empedans, robot kolunun evresi ile olan temas sonucu ortaya kan harici kuvvetler ileunoktaarasndakiilikidenkaynaklanr.Mekanikempedans,uygulananharici kuvvetekarmekanizmannesnekliinindavrandr.Pasifveaktifempedans olmakzereikitipyntemimevcuttur.Pasifempedansynteminde,istenen mekanikempedanssadecemekanikelemanlar(yaylarvesnmleyiciler) tarafndan oluturulur.AktifEmpedansyntemindeiseistenenunoktamekanikempedans robotunoktasnnkonum,hz,temaskuvvetigibiparametreleriningeribesleme yaplmasvebyleceeklemaktatrlerininkontroledilmesiileoluturulur. Empedans Kontroln temelleri Neville Hogan tarafndan atlmtr. (Hogan 1985)PasifEmpedansYntemi:Buyntemkuvvetkontrolevrimigerektirmez. Kontrolsistemibasityapdadr.Buyntemdeherilemiin farkldonanmihtiyac bagsterir.Sreklidonanmmodifikasyonuolmakszn,maniplatrnok ynll kullanlarak sanal (virtual) mekanik empedans deitirilebilir.Aktif Empedans Yntemi: Robot u noktasnn konum, hz ve harici kuvvet lmtabanlgeribeslemekontrolkuralkullanlarakeklemaktatrlerinin srlmesi esasna dayanr. Gelitirilenrehabilitasyonrobotsistemindetemelkontrolyntemiolarak empedanskontrolkullanlmtr.SistemindahaiyianlalabilmesiiinYoshikawa (1990)referansalnarakempedanskontrolileilgiligenelaklamalaraada zetlenmitir.Aktif Empedans Yntemi: Bir Serbestlik Dereceli Durum , , ,haricix x x F &&& ekil II.13 Bir Serbestlik Dereceli Sistemin Aktif Empedans Kontrol (Yoshikawa 1990) 32 Sistemin hareket denklemi u ekildedir: harici a a a um x d x k x f F + + = + && & (II.24) Burada; ma: ktle da: snm katsays ka: esneklik katsays fu: uygulanan kuvvet Fharici: harici kuvveti temsil eder. DenklemII.24tehareketdenklemiverilenekilII.13tekisistemin,hariciFharici kuvvetiuygulandndaarzuedilenempedansdeerleriylehareketetmesiniistersek hareket denklemi u ekilde olur. ( ) ( )d d d d d haricim x d x x k x x F + + = && & & (II.25) Burada; md: istenen atalet katsays dd: istenen snm katsayskd: istenen esneklik katsays xd: istenen yrnge Eer sistemde konum x, hzx&ve ivme x &&llebilir ise kontrol kural u ekilde olur. ( ) ( )d d d d d a d a d a ux k x d x k k x d d x m m f + + + + = & & & & ) ((II.26) HaricikuvvetFharicillebilirolduundaII.26noludenklemaadakigibi yazlabilir: ( ) ( ) ( )1 1 111 = + +&&u a a d d a a d d a d haricia d d d d df d m m d x k m m k x m m F m m ( d x k x )(II.27) 33 amve dm birbirine eit olmas durumunda basitletirilmi hz ve konum geri besleme kural u ekilde ifade edilebilir; ( ) ( ) ) (d d d d d a d a ux k x d x k k x d d f + + = & &(II.28) Kontrolkuralistenenempedansnoluturulmasiingelitirildi(denklem II.25).Ancaksisteminkararllngaranti altnaalmakiinmd, kd,dd katsaylarnn hesaplanmas gerekir. Bunun iin nce sistemin evre ile temasnn olmadn veya Fkuvvetinindeerininsfrolduunukabuledelimve am ve dm ninbirbirineeit olduunu varsayalm. Bu durumda doal frekans; ddcmk= (II.29) Snm Oran; d ddk md2= (0.7 ile 1 aras) (II.30) olacaktr. md, kd, dd pozitif olmak zere kararl hal konum ve hz hatas herhangi arzu edilen yrnge xd iin bir noktada sfr olur. Temas olma durumu: M ktlesine bir E sabit cismi ekil II.14 deki gibi balansn. ekil II.14 Sabit Bir Cisim ile Temas Durumu (Yoshikawa 1990) ( )c c c haricid x k x x F + = & (II.31) xc: Fharici = 0 iin denge konumu 34 YaMcisminintemasyzeyiyadaEelastikolurise(yadaikiside),kc kktr.kiyzeydekatisekcbykolur.dcdeeriikicisminmateryallerinede baldr. Denklem II.31 ve II.25 toplanarak u bant elde edilir; ( ) ( )c c d d d d c d c d dx k x k x d x k k x d d x m + + = + + + + & & & & (II.32) Bu sistemin doal frekans; dc dcmk k += (II.33) Snm Oran ise u ekildedir; ( )c d dc dk k md d++=2(II.34) kcvedcbiliniyorsamd,kd,dd hesaplanabilir.Ancakkcvedc nindeeri geneldebilinmez.Eerkcnindeeri tahminedilendenbykisevedcdahakk isesisteminsnmkarakteristiidenklemII.34denhesaplanamayabilir.Bu durumda daha kk olan dd deeri seilir. Eer daha kk kd ve dd seilmi ise ar byktemaskuvvetininkayboluurveMcismiEtarafndanoluturulankstlara dahaiyiuyacaktr.Aktifempedansyntemininavantajmd,kd,dd deerleri ayarlanarak arzu edilen empedans deeri ayarlanabilir. Aktif Empedans Yntemi: (Genel durum) (Yoshikawa 1990) AktifEmpedansynteminde(ekilII.15)arzuedilenrobotunoktas mekanikempedans,robotunoktasnnkonum,hz,temaskuvvetigibi parametreleriningeribeslemeyaplmasvebyleceeklemaktatrlerininkontrol edilmesi ile oluturulur.35 Geribesleme Kontrol KuralGeribeslemeli kontrol sistemi Oluan mekanik empedanslar ekil II.15 Aktif Empedans Yntemi (Yoshikawa 1990) Bu yntemde temas kuvveti arzu edilen empedans parametreleri cinsinden u ekilde ifade edilir: + + = && &d d e d e hariciM y D y K y F (II.35) Burada, y: robot kolunun alma uzayndaki konum vektr yd: arzu edilen konum vektr ye = y - yd

Fharici: Robot u noktasna etkiyen harici kuvvet Md n nR : arzu edilen atalet matrisi Ddn nR : arzu edilen snm katsay matrisi Kdn nR : arzu edilen esneklik katsay matrisi n: serbestlik derecesi evresiiletemashalindeolanrobotkolununeklemuzayndatanmlanandinamik denklemi denklem II.36 ile verilir: ( ) ( , )TN hariciM(q)q h q q J q F + = + && & (II.36) Burada, M(q) n nR : atalet matrisi ( )Nh q q , &n 1R: coriolis+merkezka kuvvet vd. etkiler qn nR : eklem alar matrisi, 0 1 2 Tq = == =(((( J (q) n nR : Jakobiyen vektr 36 n 1R: eklem tork matrisi Aslnemliolanrobotkolununevresiileolanilikisiolduundaneklemuzaynda tarif edilmi olan denklem II.36y alma uzaynda tanmlamak gerekir: ( )-Ty y y hariciM (q)y+h (q,q)=J q +F && &(II.37) My(q) n nR : atalet matrisi ( ) ,yh q q&3 1R : coriolis, merkezka kuvvet vd. etkiler Jy (q)n nR: jakobiyen vektr (alma uzaynda tanml) yy f q ( ) =(II.38) ( )yy J q q = & &(II.39) y yy J q J q = +&&& & && (II.40) EylemuzayndakiataletmatrisiMy(q)velineerolmayanterimlerdenoluan ( )yh q,q& vektrneklemuzayndakiM(q)ve( ) h q,q& cinsindenifadeetmek mmkndr.( ) ( ) ( )1 Ty y yM q J M q J q = (II.41) ( ) ( ) ( ) ( ) , ,Ty y N y yh q q J h q q M q J q q= && & &(II.42) II.37, II.41 ve II.42 nolu denklemleri kullanarak arzu edilen empedans parametreleri Md, Dd ve Kd yi elde edebilmek iin gerekli eklem torklar u ekilde yazlabilir: ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )- 1N y y- 1 -1y d d e d e- 1 -1 T y d y h a r i c i = h q , q - M q J q J q q- M q J q M D y + K y+ M q J q M - J q F( && &&(II.43) Empedans kontroln blok diyagram ekil II.16 da verilmitir. 37 1 1y dMJ M 1 1 Ty d yMJ M J ( 1y yMJ J&qq& ekil II.16 Empedans Kontrol Blok Diyagram II.6 REHABLTASYON AMALI ROBOT ALIMALARI Rehabilitasyon robotlar ana snfa ayrlr. Bunlar; Yardmc (asistif) Robotlar, Protez Robotlar, Terapatik Robotlar (Alt ve st uzuvlar iin). Bunlardanyardmc(asistif)robotlarzelliklehastalarngnlkvesosyal yaantlarna katkda bulunmak zere gelitirilmi robotlardr. Bu robotlar sayesinde hastalarkendibalarnayemekyiyebilme,raflardakieyalaralabilmevb. davranlarbakalarnaihtiyaduymadanyapabilirler.ekilII.17dernek davranlar verilmitir. ekil II.17 Yardmc (asistif) Robot Uygulamalar (http://www.exactdynamics.nl, 2007) 38 Protezrobotlar,kopanuzuvlarnilevleriniyerinegetirmekzereretilen kuvvetvebiofeedbacklerlealanrobotkollardr.ekilII.18deprotezrobot kollarna ilikin rnekler verilmitir. ekil II.18 Protez Robot Kollar (zkaya 2007) Terapatikrobotlar,altvestuzuvlariinpasifveyaaktifegzersiz hareketleriniyaptrmakiingelitirilmirobotlardr.Butezkapsamndaelealnan FZYOTERABOTaltuzuvlariingelitirilmiterapatikbirrobottur.Terapatik robotlar,mekanizmazelliklerivehareketkabiliyetleri,kontrolyntemleri, gerekletirebildikleriegzersiztrleri,altveyastuzuvlaraynelikolmalar asndansnflandrlabilir.Bublmderehabilitasyonamalterapatikrobotlara ilikin yaplan almalar mekanizma, kontrol yntemi ve genel zellikleri asndan incelenmi,gerekletirilentezalmasnnbualmalariindekiyerivenemi vurgulanmtr. II.6.1 Rehabilitasyon Amal Terapatik RobotMekanizmalar: Rehabilitasyonrobotlartedaviedilecekuzuvlaragretasarlanmaktadr. Tasarmdaki nemli parametreler mekanizma arl, kullanlan malzemenin nitelii ve gvenilirliidir. Gemite yaplan rehabilitasyon amal uygulamalarda kullanlan mekanizmalar aada verilmitir. Rehabilitasyon amal retilen mekanizmalarn en bilineni CPM dir. Salter ve Simmonds 1980 ylnda CPM i tedavi amal kullanmtr. Bu cihaz pasif almakta 39 vetekrarlhareketlerigerekletirebilmektedir.(SalterveSimmonds1980)ekil II.19da bacak ve omuz iin retilen CPM mekanizmalar verilmitir. ekil II.19 CPM Cihazlar (www.arthroscopy.com/cpm.gif) DijkersveDebeam, alt serbestlikderecelibirrobotkolumekanizmasn st eklem rehabilitasyonu iin kullanmtr. (Dijkers ve Debeam 1991) MULOSisimliprojedesteklemlerinhareketlerineyardmcolacakbe serbestlikderecelibirmekanizmakullanlmtr.Mekanizmatekerleklisandalye zerine monte edilmitir. (MULOS 1997) Krebs,HoganveAisen,steklemleriinikiserbestlikdereceliMIT-MANUS ad verilen SCARA tip bir robot mekanizmas kullanmtr. (Krebs ve di. 1998)CunninghamD.E.gerekletirmiolduualmadasteklem rehabilitasyonu iin tek serbestlik dereceli bir robot kolu kullanmtr. (Cunningham 1999) Rao,Agramal,veScholzfizikselterapiesnasndarehabilitasyonayardmc deneysel bir test dzeneini Puma 260 kullanarak gelitirmitir. (Rao ve di. 1999) Rosen, Brand, Moshe, Fuchs ve Arcan n st eklemler iin gerekletirdikleri sistemleri iki serbestlik dereceli ve iki linklidir. (Rosen ve di. 2001) Kiguchi,Kariya,Watanabe,IzumiveFukudagerekletirdiklerialmada st eklemler iin bir serbestlik dereceli bir robot mekanizmas kullanmtr. (Kiguchi 2001) Kiguchi,Iwami,Yasuda,WatanabeveFukuda2001ylndayaptklar almaygelitirereksteklemleriinikiserbestlikderecelibirmekanizma kullanmtr. (Kiguchi ve di. 2003) 40 Fukuda,Tsuji,KanekoveOtsukael,bilekvekolrehabilitasyonuiinbir mekanizma kullanmtr. (Fukuda 2003) Noritsigu,TanakaveYamanaka,ikiserbestlikderecelibirmekanizma kullanmtr. (Noritsigu ve di. 1996) Reinkensmeyer,KahnveSchmitalmalarndasteklemrehabilitasyonu iin serbestlik dereceli bir mekanizma kullanmtr. (Reinkensmeyer 2000) Noritsigu,TanakaveYamanakaikiserbestlikderecelipinomatikbirrobot manipulator gelitirmitir. (Noritsigu 1998) Richardson,AustinvePlummerserbestlikderecelipinomatiktahriklibir mekanizma kullanmtr. (Richardson 1999) OkadaveSakaki,alteklemrehabilitasyonuiinikiserbestlikderecelibir mekanizma gelitirmitir. (Okada 2000) Homma, Fukuda, Nagata, diz ve kala rehabilitasyonu iin wire driven ad verilenhastayataileberaberkullanlanbirmekanizmagelitirmitir.(Homma 2002) REHAROB isimli projede st eklem rehabilitasyonu iin iki adet endstriyel robot kullanlmtr. (REHAROB 2000) Yukardabahsedilenbualmalardakullanlanmekanizmalargeneldebir veya iki serbestlik dereceli ve ounlukla st eklem rehabilitasyonuna yneliktir. Bu tezdegelitirilenmekanizmabunlardanfarklolarakserbestlikderecelivealt uzuvlarn rehabilitasyonuna yneliktir. II.6.2 Rehabilitasyon Amal Terapatik Robot almalarnda Kullanlan Kontrol Teknikleri: Rehabilitasyonilemindegerekletirilenhareketlerkonumvekuvvet kontrolnberabergerektirmektedir.Buamalarehabilitasyonrobotlarndaikiana kontrolyntemikullanlmaktadr.Bunlarbirleik(hibrid)kuvvetvekonum kontrol, ve empedans kontrol dr.nsan,duyular(grme,iitme,koku,dokunma)vastasylaevresindeki dinamikartlarauyumgsterebilmektevegereklitepkileriverebilmektedir.nsan zeksnnhafza,kararverme,renmeezamanladapteolabilmegibizellikleri nedeniyleinsantabiattaglklmaktadr.Robotlarzellikleinsann 41 gerekletirmesininzorolduugrevlerdealmakzeregelitirilmektedir.Bu grevlerzellikledinamikevreartlarndagereklemektedir.Dolaysyla robotlarnbuevreartlarnainsangibiuyumgsterebilmesigerekmektedir.Yapay zekteknikleriinsanzeksnmodelalarakoluturulansistemlerveyabilgisayar yazlmlardr.Bunedenlerobotkontrolndezellikleson20yldaska kullanlmaya balamtr.( Lingarkar 1988,Yang ve Asada 1992, Liu ve Asada 1993, Xu ve Yang 1995) Bu tekniklerin en bilinenleri bulank mantk, yapay sinir alar (YSA), genetik algoritma ve bilgi-kural tabanl sistemlerdir. Yabuta(1990),Kiguchi(1993),Shibata(1992)almalarndaYSAnn renmekabiliyetinirobotkontrolndekullanmtr.(YabutaveYamada1990, Kiguchi ve di. 1993, Shibata ve di. 1992) BazalmalardakontrolperformansnartrmakiinbulankveYSA teknikleriberaberkullanlmtr.(KiguchiveFukuda1995a-1995b-1996,Hiragave di. 1995)Birleikveempedanskontroltekniklerindedeyapayzekatekniklerinin, konvansiyonel yntemler yannda kullanld uygulamalar mevcuttur. II.6.2.1 Birleik Kontrol Uygulamalar: Birleikkontrolyntemindekuvvetvekonumkontrolrleribirbirinden bamszolaraktasarlanr.(RaibertveCraig,1981)Birleikkuvvetvekonum kontrolneilikineitlialmalaryaplmtr.(SicilianoveVillani1993,Queiroz ve di. 1997, Song ve di. 1999, Liu ve di. 1999, Villani ve Siciliano 2000). Klasik tekniklerinyansrayapayzekatekniklerinindebirleikkontroldekontrol performansnartrmaamalkullanldalmalarmevcuttur.(UtsumiveTodo 1995, Weidong ve di. 1996, Kiguchi ve Fukuda 1997-2000, Hsu ve Fu, 2000) Rehabilitasyonrobotlarndaisebirleikkontrolnuygulandalmalar unlardr: Mingvedierleribirrehabilitasyonrobotundakuvvet-konumkontroln bulanktekniklerlegerekletirmitir.Bualmadahastalineervedairesel yrngeleri takip etmeye almaktadr. (Ming ve di 2005) Bernhardt, Frey, Colombo ve Riener LOKOMAT ad verilen yrme amal rehabilitasyonrobotmekanizmasndabirleikkontroltekniinikullanmtr.nk 42 insanyrmehareketindepozisyonkontrolteknikleritekbanayeterli olmamaktadr. (Berhardt ve di. 2005) II.6.2.2 Empedans Kontrol: Empedanskontroltekniindekuvvetvekonumdorudankontroledilmez. Kontrol, robot kolu u noktas mekanik empedansnn ayarlanmas yolu ile kuvvet ve konum kontrolnn gerekletirilmesi esasna dayanr.EmpedansKontrolinsanrobotetkileimliuygulamalardaveevreile temasnolduurobotilemlerindeenuygunkontrolyntemiolarakkabul edilmektedir. (Jung ve Hsia 1998, Nagata ve di. 1998, Dutta ve Obinata 2002, Tsuji vedi.2005)Bunedenlebirokalmadainsan-robotetkileimininolduu uygulamalardaempedanskontroltekniikullanlmtr.(Ikeuravedi.1994, Tsumugiwa ve di. 2001-2003-2004, Dutta ve Obinata 2002, Park ve Lee 2004) Rehabilitasyonilemindedeinsanrobotetkileimiolduundanempedans kontroltekniibualandakirobotalmalarndaenkullanlveuygunkontrol yntemi olarak kabul edilmektedir ve birok uygulamada kullanlmaktadr. (Aisen ve di.1997,Culmervedi.2005,Richardsonvedi.1999-2000-2003-2005,Okada 2000,Krebsvedi.1998-2003,Tanakavedi.2000)Empedanskontrolyntemi sayesindehastayabirinsankadarhassasveyumuakekildeegzersizhareketleri yaptrlabilmektedir. (Krebs ve Hogan 1998). Benzer ekilde Culmer ve dierleri, st eklemlerinrehabilitasyonuiinempedanskontrolnbirtrolanadmitanskontrol yntemini kullanmlardr. (Culmer ve di. 2005) Ayrca protez cihazlarnda da empedans kontrol yntemi kullanlmaktadr. Panvedierleri,mekatronikeitiminderencilereynelikdeneylerde kullanlmakzereEMGkontrollprotezbirrobotkolunuempedanskontrolle gelitirmitir. (Pan ve di. 2004) Tsujivedierleriiskeletkasmodelitabanlyntemkullanlarakprotezbir elinkontrolnempedanskontrolyntemiilegerekletirmeyealmtr.Bu almadakontrolilemiikitemeladmdanolumaktadr.NNtabanlolarakEMG paternlerinin diskriminasyonu ile el eklemi seilmitir. Daha sonra NN ve empedans kontrolkullanlarakkasneylemseviyesitahminedilmitir.EMGsinyalseviyeleri kullanlarakempedanskontrolnparametreleritahminedilmitir.(Tsujivedi. 2000) 43 Butezdefizyoterapistvehastaarasndarobotkoluzerindentemas olduundandolayenetkilikontrolyntemiolduubilinenempedanskontrol kullanlmtr.Fizyoterapistinhareketlerirobotaretmesiesnasndaempedans parametrelerititreimeyolamayacakvefizyoterapistinhastauzvunuenkolay biimdehareketettirmesinisalayacakekildeseilmitir.Direnliegzersizler empedansparametrelerinindeitirilmesiyoluilemodellenmitir.Direnli egzersizlerdekullanlanparametredeerleriayrdenekiinanalizedilmitir.Bu analizlerinsonularndagreuzuvhareketiesnasndaoluankuvvetleregre dk,orta,yksek,enyksekeklindedirenseviyeleribulankkurallarile oluturularak uygun parametre deerleri egzersizlerde kullanlmak zere atanmtr. II.6.3 Rehabilitasyon Amal lm ve Deerlendirme Robotlar: Rehabilitasyonvebiomekaniklmamalrobotalmalardanemli uygulamaalanlarndanbiridir.nkbirrobotinsanagreokdahasalklbir ekilde hastaya ilikin bilgileri kayt altna alabilmektedir ve klasik yntemlere gre birokavantajasahiptir.(Richardsonvedi.2000,Lum2002)Buamalayaplan almalar aada verilmitir. KhaliliveZomleferingerekletirdiklerilmamalrehabilitasyon mekanizmas, iki serbestlik dereceli dzlemsel (planar) tiptedir. (Khalili ve Zomlefer 1987) Lin,rehabilitasyonamal,insaneklemlerindenalnanEMGsinyallerinin llpdeerlendirilmesineynelikbirsistemgelitirmitir.RobotManiplatrn kontrolnklasikPIDileyapmtr.Oluturulanyazlmileegzersizmodlar seilebilmekte ve egzersize ilikin hastadan alnan veriler kaydedilebilmektedir. (Lin 1998) Cunningham, dize ait rehabilitasyon ve biomekanik lmler iin direct drive birrobotmaniplatrgelitirmitir.SistemdeEMGsinyalleridekullanlmaktadr. (Cunningham 1999)MIT-Manus(Krebsvedi.1998),MIME(Lumvedi1995,1997)veBi-Manu-Track (Hesse ve di. 2006) st eklem rehabilitasyon robotlar da lm amal kullanlmaktadr. Bu tezde gerekletirilen egzersiz sonras hasta veya sporcunun retmi veya tepkigstermiolduukuvvetlerileeklemhareketsnrlarllebilmekteve 44 grafikselolarakgrntlenebilmektedir.Alglamailemlerikuvvetvekonum alglayclarvastasylasalanmaktadr.Ayrcahastannkasderecesinitespit edebilecekalgoritmalaroluturulmutur.Kasderecesitespitiiinfizyoterapistler tarafndanbelirlenecekdirenseviyelerinirobottarafndanhastayahareketi esnasnda uygulayacak yeni bir teknik gelitirilmitir. II.6.4 Fiziksel Olarak Yetersiz nsanlarn Hareketlerine Yardmc Olacak D skelet (Exoskeletal) Robot almalar: Rosen,Brand,FuchsveArcan,insankolhareketlerineyardmc rehabilitasyondakullanlabilecekbirrobotmaniplatr(poweredexoskeleton) gelitirmitir.nsan-makinearayzEMGsinyallerikullanlarakoluturulmutur. (Rosen ve di. 2001) ekil II.20 EMG Tabanl Exoskeletal Robot Kolu (Rosen ve di. 2001) Kiguchivedierleri,fizikselproblemlihastalarnhareketlerineyardmcbir serbestlik dereceli bir robot maniplatr gelitirmitir. Kontrolr, insan kol hareketini tanmlayanbiyolojikiarettabanlolarakoluturulmuolup,asalpozisyonve empedanskontrolgerekletirmektedir.KontrolrngiribilgileriEMGsinyalleri (4KANAL)vebilekkuvvetleriolup,oluturulmasndayapayzektekniklerinden bulanksiniratekniikullanlmtr.(Kiguchivedi.2001,2002).Yazarlarn dierbiralmasndakullandklarmekanizmaomuzhareketlerinisalamaya yneliktir.nerdiklerisistemEMGtabanlalmaktavekullanlanyapayzeka 45 tekniklerisayesindekontrolrfizikseldurumlaraonlineadapteolabilmektedir. (Kiguchi ve di. 2003) II.6.5 Rehabilitasyon Amal Terapatik Robotlar: Rehabilitasyonamalgelitirilenterapatikrobotlarstvealtuzuvlarn rehabilitasyonuna yneliktir. lk almalar1988ile1994yllararasnda yaplmtr.(Khalili&Zomlefer1988,Erlandsonvedi1990,Howell1989,Van der Loos 1994) 1995ile1999yllararasrehabilitasyonrobotlarnnerkendnemiolarak kabul edilmektedir. (Van Der Loos 2005) Bu dnemde gelitirilen robotlar unlardr: MIME: PUMA-560 tabanl robot sistemi (Lum ve di. 1995) MIT-MANUS: 3-D planar manipulator (Krebs ve Hogan 1998) Reinkensmeyer: ARM passive, linearguide (Reinkensmeyer 2000) 2000liyllardangnmzeyaplanalmalarmoderndnemolarak adlandrlmaktadr. (Van Der Loos 2005) Bu dnemde yaplan almalar unlardr: MIME: Farkl deneysel almalar ve nral mekanizma almalar MIT-MANUS: Klinik deneyler GENTLE: Haptik arayz and Sanal Gereklik REHAROB: st eklem rehabilitasyonu iin gelitirilen sistem PAM+ARTHUR (UCI): Yrme amal gelitirilen sistem Bublmdekronolojiksrayagre1998ylndangnmzekadaryaplan rehabilitasyon amal terapatik robot almalar incelenip, FZYOTERABOT in bu almalar iindeki yeri vurgulanacaktr. KhaliliveZomlefer,ikiserbestlikdereceliikirobotilealteklemlerin rehabilitasyonugerekletirmitir.Robotsisteminden eldeedilenbilgilerindeninsan vcut segment parametrelerinin tahmini yaplmtr. (Khalili ve Zomlefer1987)Lee,AgahveBekey,fellihastalarnstuzuvlarnnrehabilitasyonuiinrobot sistemi gelitirmitir. Kontrolr uzman sistem yaps kullanlarak tasarlanmtr. (Lee ve di. 1990) Lum ve dierleri, kol iin pasif, aktif yardml, aktif direnli ve bimanual (iki elinkullanlmasngerektiren)egzersizleriyapabilecekekilII.21deverilenbir sistem gelitirmitir. (Lum ve di 1995,1997) 46 ekil II.21 Lum ve di. nin Kulland Sistem (www.rehab.research.va.gov) MULOS (MULOS: Motorized Upper Limb Orthotic System) isimli projede st eklemlerinhareketlerineyardmcolacakbeserbestlikdereceli,pasifvedirenli egzersizyaptrabilenbirrobotkolugelitirilmitir.Sistembirtekerleklisandalyeye balanarak altrlmaktadr. (MULOS, 1997) ekil II.22 MULOS Projesi (MULOS, 1997) Krebs, Hogan, Aisen ve Volpe MIT-Manus ad verilen st eklem egzersizleri iinrobotkolugelitirmitir.Hedefyrngeyegre(ember,dikdrtgengibi) kontroledilenempedanskontrolyntemikullanlmtr.Hedefyrnge,bilgisayar ekranndahastayagsterilmektevebuekranzerindenhastahedefyrngeyitakip etmeye almaktadr. (Krebs ve di. 1998) 47 ekil II.23 MIT-Manus (Krebs ve di 1998) Rao,AgramaveScholz,steklemleriinfizikselterapiesnasnda rehabilitasyonayardmcdeneyselbirtestdzeneiniPuma260robotkullanarak gerekletirmitir.Sistempasifveaktifyardmlegzersizleri gerekletirebilmektedir.(Rao ve di. 1999) Richardsonvedierleri,ekilII.24deverilenpinomatiktahrikli serbestlikderecelisteklemrehabilitasyonunaynelikbirrehabilitasyonsistemi gerekletirmitir.KontrolyntemiolarakPDveempedanskontrolkullanlmtr. (Richardson ve di. 1999, 2003, 2005) ekil II.24 Pinomatik Tahrikli Rehabilitasyon Sistemi (Richardson 2005) Sakaki,OkajimaveTanakasteklemrehabilitasyonunaynelikbirrobot sistemi gelitirmitir. (Sakaki ve di. 2000 - 2001) Tanaka,TsujiveKanekorehabilitasyonamalrobotkolununkontroln empedanskontrolyntemiylezamantabanlretekullanarak(TimeBase Generator,TBG)gerekletirmitir.TBGsalklbirinsannhareketyrngesine benzeyen spatio-temporal bir yrnge retmektedir. (Tanaka ve di. 2000) 48 Okada ve dierleri, alt eklem rehabilitasyonuna ynelik, iki serbestlik dereceli ve eklem hareket akl egzersizlerini yaptrmak iin bir robot sistemi gelitirmitir. Kontrolyntemi olarak empedans kontrol yntemi kullanlmtr. Kuvvet ve konum bilgisininkayddirekrenmeyntemiileyaplmaktadr.Dahasonrabukonumve kuvvetlerde sistem hareket etmektedir. (Okada ve di. 2000) ekil II.25 TEM: Therapeutic Exercise Machine (Okada ve di. 2000) REHAROBisimliprojedesteklemrehabilitasyonuendstriyelrobotlarla gerekletirilmitir.Hastayataklanaparatlarvastasilefizyoterapisttarafndan egzersiz hareketleri yaptrlmakta ve EMG (electromyogram) - uygulanan kuvvet ve konum bilgileri ile gerekli ve