Design and optimization of parallel manipulators for rehabilitation

Abstract

In this thesis, a novel over-constrained parallel manipulator for arm rehabilitation is introduced. This manipulator is a planar-spherical parallel manipulator with five degrees of freedom and four legs for rehabilitation of forearm (wrist, elbow and shoulder joints). First of all, the desired motions are specified. Then, manipulator geometry is proposed to ensure these motions. Inverse kinematic solutions are performed for describing the motion of actuators. Jacobian analysis is done to define singularity conditions and to obtain force-torque relation between user and the manipulator. The manipulator optimized dimensionally by using Firefly Algorithm to provide motions in workspace boundaries without any singularity condition. Obtained dimensional parameters are tested and whole workspace is scanned with several simulations to ensure whether the manipulator provide the given motions in specified workspace boundaries.

Bu tezde kol rehabilitasyonunda kullanmak amacıyla yeni bir aşırı-tanımlı paralel eyleyici tanıtılmıştır. Bu eyleyici beş serbestlik derecesine ve dört bacağa sahip düzlemsel-küresel bir parelel eyleyicidir. Öncelikle, eyleyicinin yapması istenen hareketler tanımlanmıştır. Daha sonra bu hareketleri sağlayacak eyleyici geometrisi belirlenmiştir. Ters kinematik çözümler eyleticilerin davranışlarını saptamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Tekilsellik koşullarını saptamak ve ortam ile eyleticiler arasında kuvvet-tork dengesini kurabilmek için Jakobian analizi gerçekleştirilmiştir. Ateş Böceği Algoritması kullanılarak, eyleyici boyutsal olarak eniyilenmiştir. Elde edilen boyutsal parametreler çalışma alanı sınırları içerisinde çeşitli testler benzetim yapılarak gerçekleştirilmiştir.