Design of BalanSENS: Sensory, anterior and feedback balance analysis, rehabilitation, and support robotic platform

Abstract

In the thesis, the design and development evaluation of BalanSENS toward the realization of the Integrated Balance Rehabilitation (I-BaR) framework is presented. BalanSENS is designed to encourage active participation by integrating multi-sensory information with the co-improvement of sensory and motor functions. Moreover, it can offer individual rehabilitation design with the integration of three phases. The first phase provides foot-ankle muscle activation and movement sensation development. In the second phase, sensory weighting skills and upper extremities independence can be improved by using multi-sensory input. In the last/stepping phase, walking parameters are aimed to be improved with modulated distance. The parallel manipulator is designed through simulations to determine actuation properties and analyze the load-bearing capacity and feasibility of the materials. Drawing from simulation outcomes, an operational 3 DoF platform is constructed to demonstrate their design suitability for the I-BaR framework. Furthermore, design evaluations demonstrated promising results in quantifying force and real-time data monitoring during the passive ankle preparation phase.

Bu tezde, BalanSENS'in Entegre Denge Rehabilitasyonu (I-BaR) programının gerçeklestirilmesine yönelik tasarım ve geliştirme değerlendirmesi sunulmaktadır. BalanSENS, çoklu duyusal bilgileri duyusal ve motor fonksiyonların birlikte geliştirilmesiyle bütünleştirerek aktif katılımı teşvik etmek için tasarlanmıştır. Ayrıca üç aşamanın entegrasyonu ile bireysel rehabilitasyon tasarımı da sunabilmektedir. İlk aşama ayak-ayak bileği kaslarının aktivasyonunu ve hareket duyusunun gelişimini sağlar. İkinci aşamada çoklu duyusal girdi kullanılarak duyusal ağırlıklandırma becerileri ve üst ekstremite bağımsızlığı geliştirilebilir. Son olarak, adım aşamasında modüle edilmiş mesafe ile yürüme parametrelerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Paralel manipülatörün, malzemelerin özelliklerini ve fizibilitesinin analizleri için simulasyonlar kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarından yola çıkarak, I-BaR programı için tasarım uygunluğunu göstermek amacıyla operasyonel bir 3 DoF paralel manipülator prototipi yapıldı. Ayrıca pasif ayak bileği hazırlık değerlendirmeleri sonucunda sistem, kuvvetin ölçülmesinde ve gerçek zamanlı veri izlemede umut verici sonuçlar ortaya koydu.