TARIFNAME Üst Uzuvlar Için Giyilebilir Kuvvet Destek Sistemi Teknik Alan Bu bulus, kullanici tarafindan bir agirligin kaldirilmasi sirasinda tasinan yüke, kontrollü bir dengeleyici kuvvet olusturarak kullanicinin kollarina destek saglayan giyilebilir bir kuvvet destek sistemi ile ilgilidir. Teknigîn Bilinen Durumu Dis iskelet olarak da bilinen giyilebilir kuvvet destek sistemlerin askeri, sanayi, tarim tasimacilik gibi pek çok alanda kullanimi mümkündür. Bu sistemler, kullanicinin zorlayici yükleri uzun süre veya tekrarli olarak tasimak zorunda oldugu durumlarda kas ve iskelet sistemine gelecek yüklerin azaltilmasini hedefleyerek verimlilik ve dayaniklilik açisindan insan vücudunun sinirlarinin ötesinde saglikli bir çalisma imkâni olusturur. Dis iskeletler medikal alanda da fiziksel rehabilitasyon amaciyla kullanilmaktadir. Giyilebilir kuvvet destek sistemlerine bir örnek olarak kullanicinin kolundan gelen kuvveti karsilayan ve kol hareketini takip eden, yerçekiminden kaynakli yükleri kismen karsilayan bir sistemin patenti alinmistir (M. Doyle, "ADAPTIVE ARM SUPPORT SYSTEMS AND IVIETHODS FOR Ekso Bionics firmasinin gelistirdigi Eksovest ürünü kollar gergin durumda çalisilan islerde kullanicinin kapasitesini, dayanimini ve gücünü artiracak bir dis iskelettir. Bu sistemde herhangi bir güç ünitesi bulunmamakta olup ön yüklemeli mekanik bilesenler ile söz konusu destek saglanmaktadir. Bulusun Amaci Hâlihazirdaki sistemlerde, aktif (güç kaynagina sahip) dis iskelet olarak tanimlanan ve bir güç kaynagi ve elektrik motoru kullanan sistemler hem çok agir olup hem de yüksek maliyetler ortaya çikarmaktadir. Bulusun çalisma yöntemi ve kullanilan bilesenlerin az ve hafif olmasindan kaynakli olarak bulus hem hafif hem de düsük maliyetlidir. Motor kullanmayan uygulamalarda, bir yük degeri için sistem ayarlanmakta ve sadece bu yük oraninda destek saglanmaktadir. Bu durum kullanicinin yük tasimadigi durumlarda ise kullanici hareketine bir karsi direnç olusturmaktadir. Bu da kullanici açisindan yük olmadan veya farkli agirliklarla çalismayi pratik olarak mümkün kilmamaktadir. Motor kullanilan aktif (güç kaynagina sahip) sistemlerde ise kullanicinin kaldiracagi yükün büyüklügü sistem tarafindan algilanip sistem tarafindan uygulanacak dengeleyici karsi kuvvet bu ölçüme göre belirlenir, dolayisiyla kullanicinin herhangi bir ayar yapmasina gerek kalmadan farkli agirliklar ile çalismasi mümkün olur. Motor kullanilan uygulamalarda, motorun anlik zorlanmalari kullanicinin kas ve iskelet sistemi üzerinde anlik darbelere yol açmaktadir. Ayni zamanda bu sistemlerde yük ölçümünün yüksek hassasiyetle ve yükün konumu (yükseklik, motora uzaklik gibi) gözetilerek yapilmasi gerekir. Bulusun bilesenlerinden kuvvet kontrol sistemi, gazli piston ve kuvvet ölçüm sistemi ile hem yüksek hassasiyetle ölçüm yapabilir hem de anlik zorlanmalar sirasindaki darbeler kullaniciya aktarilmaz. Enerji kaynagindaki bir problem veya kullanicinin talebinin karsilanmasi amaciyla bulusun motor kullanilmayan güç kaynagi bulunmayan bir versiyonu da bulus konusudur. Bu sistemde ise bir ayar kolu ile destek kuvvetinin büyüklügü kolayca ayarlanabilir. Sekillerin Açiklamasi Sekil 1 : Giyilebilir Kuvvet Destek Sisteminin Giyilmis Olarak Önden Görüntüsü Sekil 2 : Giyilebilir Kuvvet Destek Sisteminin Giyilmis Olarak Arkadan Görüntüsü Sekil 3: Kuvvet Kontrol Sistemi ve Tasiyici Yuvanin Yakin Görüntüsü Sekil 4: Tasiyici Yuva, Yatay ve Dikey Kizak ve Yataklar, Elektrik Motoru ve Vidali Milin Yakin Görüntüsü Sekil 5: Sensör Yuvasi, Sensörler ve Dikey Yatak ve Kizaklarin Yakin Görüntüsü Sekil 6: Pazi Destegi Sekil 7 : Bel Destegi Döner Mafsal Sekil 8 :Sirt Destegi Döner Mafsal Sekil 9 : Kol Destegi Döner Mafsal Sekillerdeki referanslarin açiklamasi : Braketler 11 :Omuz Askisi 12: Bel Kayisi 13 : Elektrik Motoru 14: Gövde iskeleti-Tasiyici Yuva Arasi Düzlemsel Döner Mafsal :Vidali IVlil 16 : Birbirine Ters Disli Yataklar 17 : Sensör Yuvasi 18: Üst Dikey Yatak 19 :Alt Dikey Yatak : Yatay Yatak 21 :Yatay Kizak 22 : Dikey Kizak 23 : Kuvvet Sensörleri 24 : Bel Destegi Döner Mafsal 26 : Kol Destegi Döner Mafsal Bulusun açiklamasi Bulus, giyilebilir bir Kuvvet Destek Sistemi olup, gövde iskeleti (1), tasiyici kollar (7) ve kuvvet kontrol sistemi olmak üzere üç ana bilesenden olusur. Sistemin temel özellikleri sunlardir: 0 Bel (3) , sirt (2) ve omuz (11) bölgelerinden ve kollardan (6) insan vücuduna sabitlenmesi, - sag ve sol kolun her biri için, ayni düzlemde pantograf yapida çalisan, düsük sürtünmeye sahip düzlemsel döner mafsallarla bagli, metalik veya kompozit yapidaki tasiyici kollara (7) sahip olmasi, o Tasinan yükün dikey yönde herhangi bir kuvvet uygulamadan istenilen yükseklige, cismin agirligi yokmusçasina hareket ettirilebilmesine izin veren, tasinan yükün agirligini algilayarak dengeleyici karsi kuvvet olusturan bir kuvvet kontrol sistemine sahip olmasi. Sistemin insan vücuduna temas edecek bölgeleri deri veya kumastan olup, ana temas noktalari olan bel, sirt, yan kalça ve bileklerde veya pazilarda, vücuda basinci azaltacak sekilde sünger veya benzeri yumusak ve esnek yapi ile dolgulu, dis bölümü ise sert plastik metal veya kompozitten olan bel destegi (3), sirt destegi (2), yan kalça destekleri (4) ve bilek veya pazi destekleri (6) bulunur. Sistemi yüklenmesi durumunda olusan momentlerin kuvvet reaksiyonlarini tasiyan noktalardan biri olan karin bölgesine, bel destegine bagli olan ve vücudun ön tarafina kuvvet aktarimini saglayan boyu ayarlanabilir bir bel kayisina (5) sahiptir. Bel, sirt ve yan kalça temas noktalarini birlestiren, yan kalça temas noktalarini içeren metalik veya kompozit malzemeden bir gövde iskeleti (1) bulunur. Bu iskelet (1), bel (3) ve sirt (2) bölgesindeki vücuda temas noktalarinda dönerek kuvvetin vücuda aktarilmasini saglayan döner mafsallara (24,25) sahiptir. Gövde iskeletine (1) sabitlenen omuz askilari (11), sistemin dikey yöndeki agirligini vücuda aktarmak amaciyla her iki omuza sabitlemeyi saglar. Omuz askilarinin (11) boyu ayarlanabilir. Gövde iskeleti (1) ayni zamanda tüm sistemin dikey eksende dönmesine izin veren, tasiyici kollarin (7) yatay ve dikey hareketinin kontrol edildigi tasiyici yuvanin (8), gövde iskeletine (1) baglantisini saglayan sag ve sol kol için birer adet düzlemsel döner mafsal (14) bulunur. Tasiyici yuvalar (8) ise, tasiyici kollarin (7) yatay ve dikey hareketinin kontrol edildigi ve tasiyici kollarin (7) gövde iskeletine (1) baglantisinin saglayan bilesendir. Bu yuva üzerinde kontrol edilen yatay ve dikey hareketi, düsük sürtünmeye sahip dogrusal harekete izin veren Yatay hizalanmis olan kizak (21) ve yatagin (20) hareketi kizak boyutunun izin verdigi ölçüde serbesttir. Bu kizak (21) ve yatak (20), kullanicinin tasidigi yükü yatay eksende sürtünme disinda karsi bir dirence maruz kalmadan hareket ettirmesini saglar. Dikey yönde hizalanmis olan kizaklar (21) ise kullanicinin tasidigi yükü dikey eksende herhangi bir kuvvet uygulamadan istenilen yükseklige, cismin agirligi yokmusçasina hareket ettirilebilmesine izin veren, düsük sürtünmeye sahip bilesenlerdir. Bu bölüm iki ayri yataktan Sistemde birbirine göre çapraz olarak konumlandirilmis ve mesnetlenmis braketler (10) bulunur. Bu braketlerin (10) bir ucu vidali mil (15) üzerindeki birbirine ters disli yataklara (16) diger ucu ise gazli pistonlara (9) düzlemsel döner mafsallar ile baglidir. Bu braketler (9), elektrik motoruna (13) bagli olan vidali milin (15) tahrik edilmesi ile ileri geri hareket eden yataklar (16) vasitasiyla gazli pistonlarin (9) açisal konumlanmasini saglayan mekanik bilesenlerdendir. Kuvvet desteginin mekanik temelini olusturan gazli pistonlar (9), piston uzamasindan bagimsiz olarak ön yükleme yapildiklari kadarlik bir kuvveti sürekli saglarlar. Bulusta kuvvet destegi, gazli pistonlarin (9) ön yüklemeleri tarafindan saglanir. Kullanici kolunun dikey yöndeki hareketin tasiyici yuvadaki (8) karsi hareketi, gazli pistonlarin (9) açilip kapanmasi ile karsilanir. Bu pistonlarin (9) bir ucu tasiyici yuva (8) üzerinde bulunan dikey yataklardan (18) birine, diger ucu ise braketlere (10) düzlemsel döner mafsallar ile baglidir. Braketlerin (10) hareketi ise dikey eksenden uzaklasacak sekilde dönmeleri halinde dikey yönde sisteme uyguladigi destek kuvvetleri vektörel olarak azalmakla birlikte, yatay yönde ayni kuvveti birbirlerine dogru verdikleri için bu yönde ilave bir direnç olusturmayacak sekilde konumlanmislardir. Tasiyici kollar (7) kullanicinin her bir kolu için birer adet olmak üzere, sabit bir moment kolu oranina sahip metalik veya kompozit yapilardir. Tasiyici kollar (7) birbirine, ayni düzlemde pantograf yapida çalismayi saglayan düsük sürtünmeye sahip düzlemsel döner mafsallarla baglidir. Kullanicinin koluna temas noktasinda pazi ve bilek (6) arasinda kola basinci azaltacak sekilde iç bölümü sünger veya benzeri yumusak ve esnek yapida dolgulu, dis bölümü ise sert yapida bir kol destegi (6) vardir. Sert olan dis yapiya, tasiyici kollarin (7) uç noktasi bir küresel mafsal (26) ile baglanir. Bu baglanti (26) kullanici kolunun pazi ve bilek noktalarindaki (6) dönme hareketine izin verir. Kuvvet Kontrol Sistemi, kullanicinin tasidigi yükü dikey eksende herhangi bir kuvvet uygulamadan istenilen yükseklige, cismin agirligi yokmusçasina hareket ettirilebilmesine izin veren dikey yönde çalisan yataga ihtiyaç duyulan dengeleyici kuvveti saglamak için gazli pistonlarin (9) açisal konumunu belirleyerek braketleri (10) konumlandiran bilesendir. Kuvvet kontrol sistemi içerisinde, kullanicinin tasidigi yükü (kuvveti) ölçen, tasiyici yuva (8) üzerinde bulunan iki adet dikey yataklarla (18,19) konumlandirilmis bir sensör yuvasi (17) vardir. Bu yuva (17) içerisinde bulunan kuvvet sensörleri (23) hassas bir sekilde bu noktada sisteme gelen yükü ölçer. Microislemci ise bu sensörlerden (23) gelen bilgiyi alir, sistemin ihtiyaci olan karsi dengeleyici kuvveti belirler ve bu kuvvetin büyüklügüne göre elektrikli motora (13) hareket komutu gönderir. Elektrik motoru (13) bir vidali mile (15) baglidir. Bu mil (15) üzerinde iki adet birbirine ters disli yataklar (16) bulunur. Milin bir yöndeki hareketi ile bu yataklar (16) birbirine dogru veya birbirine zit yönde hareket eder. Bu hareket braketlerin (10) birer ucunu ileri geri hareket ettirir. Braketin (10) diger ucu gaz pistonuna (9) bagli oldugundan bu ileri-geri hareket gazli pistonun (9) bir ucunu dikey yatak ekseninden uzaklastirir. Gazli pistonun (9) diger ucu dikey yataga (18) bagli oldugundan gazli pistonun (9) dikey eksenle yaptigi açi ve piston boyu degisir. Sistemde elektrik motorlarin (13), sensörlerin (23) ve mikroislemcinin ihtiyaci olan enerjiyi karsilayan, sarj edilebilir veya atilabilir bir batarya bulunur. Kullanici talebi dogrultusunda, maliyetleri ve agirligi daha da azaltmak amaciyla elektrik motorun (13) yerine bir ayar kolu kullanilarak gaz pistonlarin açisal konumu sabitlenebilir. Bu durumda kullanici her kullanim öncesi manuel ayar yaparak sistemi giyer ve sistemden ayar kolu ile belirlenen oranda sabit bir kuvvet destegi alir. Bulusun sanayiye uygulanma biçimi Bulus, insan vücudunu zorlayici düzeyde yüksek agirliklari sadece insan gücü ile kaldirarak çalismak zorunda olan veya degisken agirliga sahip yükleri kol gücü ile tasimak zorunda olan; askeri, tarim, sanayi, tasimacilik gibi pek çok alanda görev alan insanlarin kullanimina uygundur. Bunlara örnek olarak sebze kasalarinin araca yüklenmesi, kargo çalisanlari, montaj operatörleri, havaalani yükleme alani çalisanlari gösterilebilir. TR