Bu tədqiqat, forma yaddaşlı ərinti (Shape Memory Alloy, SMA) yaylardan yaradılan iki istiqamətli süni əzələlərla hareket ettirilen kiçik miqyaslı bir bud-çanaq ekzoskəleti prototipini; termomexaniki karakterizasyon, temperadövr qiymətləndirilməsi, sistem identifiəzələiyası və adaptiv PID idarəetməsi açistilikndan araşdırır. Altışar SMA yayıdan yaranan iki karşıt yay qrupu fleksiya və ekstensiya yönlerini üretmiş, prototip karakterizasyon deneylerinde −20° ilə 200° arasında hareket ettirilmiştir. İnce SMA yayılarının birbaşa temperadövr ölçməündeki güçlük nedeniyle tədqiqatçılar termocüt ölçmələrini əlektriksəl gərginlik və cərəyan məlumatlarıyle birleştiren istilik ötürülməsi əsaslı bir temperadövr proqnoz metodi gəliştirmiştir. Sistem tanımlaması idarəedici ayarları üçün ötürmə funksiyaları sağlamış; adaptiv idarəetməün sinusoidal trayektoriya deneyinde bud-çanaq bucağı izləmə xətası 0,94° RMSE kimi hesabatda bildirilmişdir. Lakin tədqiqat kiçik miqyaslı deneysəl bir prototipe dayanmaktadır; insan üzərində geyiləbilən ekzoskəlet performansı, uzun dörütubət dayanıqlılıq və ya klinik reabilitasiya uğursı göstərmir.

Prototipin süni əzələı, insan əzələlarındaki karşıt hareket prensibinden esinlenen iki SMA yayı qrupuna dayanmaktadır. Hər grupta altı yay bulunur. İstifadə edilən nəşr təl diametri 0,5 mm, nəşr xarici diametri 3,5 mm və sarğı sayı 25'tir. SMA istiliktıldığında martensit fazaadan austenit fazaaa geçerek eğitilmiş, daha kısa biçimine doğru əzələılır; sistem bu xətti yerdəyişməyi bir ötürmə təli və makara üzərindən fırlanma hərəkətine çevirir. Karşıt yay qrupunun enerjilendirilmesi hareket yönünü tersine çevirmektedir.

Kontrol sistemi iki əsas geri əlaqəyə dayanır: SMA temperadövru və bud-çanaq oynağı açistilik. Dörd termocüt kullanılmış; iki termocüt fleksiya qrupunu, iki termocüt ekstensiya qrupunu izlemiştir. Açısal hız bir inersial ölçmə vahidi (Inertial Measurement Unit, IMU) tarafından ölçülmüş, bucaq Kalman filtriyle proqnoz edilmiştir. Kontrol döngüsünün seçmə müddəti 50 ms, frekansı 20 Hz'dir. İki PID temperadövru, digər iki adaptiv PID isə hareket yönüne görə bud-çanaq bucağını kontrol etmektedir.

Tədqiqatın en örütubətli mühendislik sərhədi SMA'nın termal davranışıdır. Joule qızdırması əzələılmayı təmin edirken soğuma doğal ortam şərtlərinə bırakılmıştır. Tədqiqatçılar daha əvvəl yapılan deneylerle karşılaştırıldığında eyni hareket mesafesine ulaşmak üçün zamanla daha fazala istiliktma gerektiğini gözlemiş və SMA'nın termal pozulma riskini azaltmaq amacıyla sonrakı adaptiv idarəetmə deneylerindeki hareket aralığını 20°'ye düşürmüştür. Buna görə tədqiqat, yüksək hərəkət diapazonunın tək başına yeterli olmadığını; temperadövr, soğuma müddəti, kontrol hassasiyeti və material ömrünün birlikdə dəyərlendirilmesi gerektiğini göstərir.

Türkiyə baxımından: Tədqiqat Türkiye'də insan istifadəçilərla yürütülmüş bir ekzoskəlet deneyi değildir və nəticələr birbaşa klinik reabilitasiyaa aktarılamaz. Bununla bələ SMA əsaslı kompakt aktuator, temperadövr qiymətləndirilməsi və adaptiv idarəetmə yanaşması; üniversitəlerde yumşaq robotik, reabilitasiya robotları və geyiləbilən sistem prototipleri gəliştiren tədqiqat grupları açistilikndan incəlenebilir bir mühendislik yanaşması təqdim edir. Türkiye'də real istifadəçiya yönəlik bir tətbiqya geçilmesi üçün tam ölçekli prototip, istifadəçi inamliği, ciltle istilik temas, aktiv soyutma, fərqli yüklər altında kontrol, dövr ömrü və uzun sürəli material yorğunluğu kimi konuların ayrıca doğrulanması lazımdır.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

forma yaddaşlı ərintilar kompakt boyutta yüksək kuvvet üretebilməleri, sessiz tədqiqatları və ənənəvi mühərriklara kıyasla yumşaq və esnek mekanizmalar oluşdövrabilməleri nedeniyle geyiləbilən robotlarda ilgi çekici aktuatorlardir. Buna karşılık hareketleri birbaşa sıcaklığa bağlıdır. Isınma sırasında əzələılan SMA'nın soğuması görece yavaştır; material histerezis göstərir və aşırı istiliktma şəkil hafızası davranışını bozabilir.

Bu səbəbdən tədqiqat yalnız “SMA yayıı bir bud-çanaq oynağıni hareket ettirebilir mı?” sorusuna odaklanmamaktadır. Asıl mühendislik problemi; SMA yayıının temperadövrunın etibarlı şəkildə izlenmesi, hareket dinamiğinin modəllenmesi və değişen sistem davranışına rağmen hədəf bud-çanaq bucağının kontrol edilebilmesidir.

İki yönlü SMA süni əzələ necə işləyir?

Sistem iki qarşılıqlı SMA yayı qrupundan oluşur. Tədqiqatdaki Şəkil 2, kiçik miqyaslı prototipin mekanik düzülüşini ətraflı kimi göstərir. Grup A'da altı SMA yayı, Grup B'də bunlara qarşı çalışan altı SMA yayı bulunur. Yayların xətti hərəkəti polad ötürmə təli üzərindən döner birləşməya aktarılır. Bir grubun istiliktılması birləşməyı bir yönde, digər grubun istiliktılması qarşı yönde hareket ettirir.

Tədqiqatın Şəkil 1'i SMA'nın martensit və austenit fazaaları arasındaki termomexaniki davranışı görsəlleştirir. Soğuk dayanumda martensit fazaa baskındır. Isıtma, materialyi austenit fazaaa doğru çevirir və yay eğitilmiş biçimine doğru toparlanır. Tədqiqatçılar bu fiziksəl fazaa çevrilməsinü biyolojik əzələtaki əzələılmaya benzer bir aktüasyon mexanizmi kimi kullanmıştır.

Yayın geometrisi qaynaqta bu şəkilde verilmişdir:

Prototipin hərəkət diapazonu nə kadar?

Termo-mekanik karakterizasyon deneylerinde kiçik miqyaslı prototip −20° ilə 200° arasında hareket ettirilmiştir. Bununla bələ tədqiqatın Şəkil 2a'sında insan kalçasının istinad kimi verilen normal fleksiya-ekstensiya hareketi təxminən −15° ekstensiya ilə 120° fleksiya arasında gösterilmektedir. Buna görə prototipin deneysəl mekanik hareket aralığı insan kalçasının fizyolojik hareket sərhədi kimi şərhlanmamalıdır.

Tədqiqatnın sonrakı adaptiv idarəetmə deneylerinde isə termal pozulma riskini azaltmaq amacıyla istifadə edilə bilən hərəkət məsafəsi əzələıtlı kimi 20°'ye düşürülmüştür. Bu değişiklik, ilk karakterizasyon deneyindeki maksimum mekanik bucaqklık ilə sürdürülebilir kontrol deneyindeki inamli tədqiqat aralığının eyni kavram olmadığını göstərir.

İnce SMA yayıının temperadövrunı ölçmek niyə zor?

SMA aktuatorün fazaa çevrilməsi sıcaklığa bağlı olduğu üçün temperadövr, sistem inamliği və kontrol açistilikndan kritik bir değişkendir. Lakin 0,5 mm çapındaki ince bir təle termocüt ucunu etibarlı şəkildə sabitlemek qolay değildir. Sensörün hem iyi termal temas sağlaması hem də əlektriksəl kimi izole edilmesi lazımdır.

Tədqiqatçılar termocüt ucunu SMA'ya bağlamak üçün poliimid lentla əlektrik izolyasiyası və naylon ip ilə mexaniki bərkitmə kullanmıştır. Buna rağmen kiçik temas noktasının ölçmə sırasında uğursız olabileceği düşünülerek hər SMA grubuna iki termocüt yerleştirilmiştir. Bələliklə cəmi dörd termocüt istifadə edilmişdir.

Bu aparatsal yedekliliğin yanında, tədqiqatçılar sensor nasazlıqsı dayanumunda kullanılabilecek hesablamalı bir temperadövr proqnoz metodi gəliştirmiştir. Modəl; uygulanan gərginlik, cərəyan, mühit temperadövru və deneysəl kimi kalibre edilen istilik parametrləri kullanarak SMA temperadövrunı hesaplamaktadır.

SMA'nın istilik transfer modəli necə kurulmuş?

Tədqiqatçılar temperadövr değişim hızını əlektriksəl giriş gücü ilə mühitye aktarılan istilik arasındaki enerji dengesi üzərindən tanımlamıştır:

\[ \dot{T}= \frac{I V-h_cA_{sp}(T-T_{amb})} {m_{sp}C_p} \]

Burada \(V\) uygulanan gərginliki, \(I\) cərəyanı, \(m_{sp}\) SMA yayıının kütlesini, \(C_p\) xüsusi istilik tutumuni, \(T_{amb}\) mühit temperadövrunı və \(A_{sp}\) mühityle istilik alışverişi yapan yay səth sahəsinı temsil etmektedir.

Konveksiyon katsayı sabit kabul edilmemiş və bu ilişkiyle modəllenmiştir:

\[ h_c=h_0+h_2T^n \]

Yayın istilik transfer səth sahəsi isə qaynaqta:

\[ A_{sp}=\pi dL \]

kimi verilmektedir. Burada \(d\) təl diametri və \(L\) SMA yayı təlinin cəmi uzunluğudayan.

Sıcaklık proqnoz modəli deneysəl veriden necə bəlirlenmiş?

Ortam temperadövru çıkarılarak:

\[ T_e=T-T_{amb} \]

tanımlanmış və temperadövr dinamiği:

\[ \dot{T}_e=a_1VI+a_2T_e^n \]

biçimine indirgenmiştir. Birinci derece varsayımında \(n=1\) alınarak \(Z=\dot{T}_e\), \(X=VI\) və \(Y=T_e\) tanımları yapılmıştır:

\[ [Z]=[X\;\;Y] \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} \]

və katsayılar deneysəl örneklerden pseudo-inverse istifadə edilərək hesaplanmıştır:

\[ \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} = [X\;\;Y]^{-1}[Z] \]

Aynı əməliyyat \(n=2\) və \(n=3\) üçün də təkrarlanmışdır. Hər modəl iki başlangıç koşulunda qiymətləndirilmişdir: başlanğıc temperadövrunın ölçülerek bilinsultsi və başlanğıc temperadövrunın bilinsultdiği dayanumda mühit temperadövruna eşit varsayılması.

Sıcaklık proqnozunde hansı RMSE dəyərləri əlde edildi?

T1 üçün başlanğıc temperadövrunın ölçüldüğü dayanumda birinci derece modəl 0,40 °C RMSE ilə cədvəlda verilen en aşağı xətanı təmin edir. Başlangıç temperadövru ölçülmediğinde T1 üçün üç modəlde də 1,53 °C hesabatda bildirilmişdir.

T2 nəticələrında qaynaq daxili bir şərh problemi mövcuddur. Metinde ikinci derece modəlin T2 üçün en aşağı RMSE'yi verdiği bəlirtilmektedir; lakin başlanğıc temperadövru ölçülmüş dayanumda üçüncü derece modəlin 2,31 °C dəyəri, ikinci derece modəlin 3,78 °C dəyərinden düşüktür. Başlangıç temperadövrunın bilinsultdiği dayanumda isə ikinci derece modəl 3,51 °C ilə digər iki T2 proqnozunden daha aşağı xəta vermektedir. Bu səbəbdən hansı modəlin “en iyi” olduğu başlangıç koşuluna bağlıdır.

Aynı bölümde tədqiqatçılar proqnoz xətasının ±2 °C içində kaldığını bəlirtmektedir. Bununla bələ yukarıdaki cədvəlda 2 °C'nin üzərində birçok RMSE dəyəri bulunduğundan bu ifade bütün modəl və başlangıç şərtlərinə genəllerütubətez.

Kalça açistilik necə ölçülüyor və kontrol ediliyor?

Prototipte bir IMU bucaqsal hareketi ölçer. Tədqiqatçılar IMU'dan alınan bucaq sürəti verisini Kalman filtrinden geçirerek bud-çanaq bucağını proqnoz etmektedir.

Toplam dörd PID idarəetməsicü istifadə edilmişdir. İlk iki PID idarəetməsicü iki SMA grubunun temperadövrunı düzülüşler. Diğer iki idarəedici, istənilən və ölçülən bud-çanaq bucağı arasındaki xətanın yönüne görə fleksiya və ya ekstensiya SMA grubunu çalıştırmaktadır.

Sıcaklık xətası:

\[ e_T=T_m-T_d \]

kimi tanımlanmıştır. Sıcaklık PID idarəetməsi sinyali:

\[ C_{T1,T2} = K_{pT}e_T+ K_{iT}\int e_Tdt+ K_{dT}\frac{de_T}{dt} \]

şəklindədir. Bu idarəedicilərin yalnız istiliktma sırasında etkin olduğu özəllikle bəlirtilmiştir. SMA'nın soğutulması aktif bir sistem tarafından deyil, ortam havası üzərindən təbii soyumayla realleşmektedir.

Açı kontrolünde izləmə xətası:

\[ e_x=\theta_{hip}-\theta_{Des} \]

və adaptiv PID idarəetməsi sinyali:

\[ C_{x1,x2}(t) = K_Pe(t)+K_I\int_0^t e(t)dt+K_D\frac{d}{dt}e(t) \]

kimi tanımlanmıştır.

Adaptif PID neyi değiştiriyor?

Sabit PID'den fərqli kimi adaptif yapı, \(K_P\), \(K_I\) və \(K_D\) kazançlarını tədqiqat sırasında güncəllemektedir:

\[ K_P(n+1)=K_P(n)+\gamma_1e_x(t) \]

\[ K_I(n+1)=K_I(n)+\gamma_2K_I\int_0^t e_x(t)dt \]

\[ K_D(n+1)=K_D(n)+\gamma_3K_D\frac{d}{dt}e_x(t) \]

\(\gamma_1\), \(\gamma_2\) və \(\gamma_3\) pozitif öğrenme nisbətləridır. Tədqiqatçılar başlangıç PID kazançlarını və öğrenme nisbətlərinı deneysəl iteratif ayarlamayla bəlirlediklerini, uyğun olmayan parametrlərin sistemi istenmeyen davranışa sürükleyebileceğini bucaqkça bəlirtmektedir.

Sistem tanımlama niyə yapıldı?

SMA sistemi temperadövr, fazaa çevrilməsi, mekanik yük və təbii soyuma nedeniyle basit xətti bir aktuator kimi davranmamaktadır. Tədqiqatçılar idarəedici ayarlamasını yalnız derütubəte-yanılmaya bırakmak əvəzinə MATLAB R2021a System Identification Toolbox kullanarak deneysəl giriş-çıkış məlumatlarınden ötürmə funksiyaları çıkarmıştır.

Fleksiyon və ekstensiya yönleri ayrı ayrı tanımlanmıştır. Bunun nedeni karşıt SMA gruplarının iki yöndeki sistem dinamiklerinin eyni olmamasıdır.

Fleksiyon tarafında cədvəlda en yüksək uyğunluq %96,51 ilə gecikməli az sönümlü qütb cütüne aittir. Bununla bələ tədqiqatçılar sonrakı PID ayarlaması üçün %95,15 uyğunluq'a sahip gecikməli iki qütblu modəli seçmiştir. Mənbə bu seçimin niyə daha yüksək uyğunluq'lı modəle tercih edildiğini bucaqkça izahmaktadır.

Ekstansiyon tarafında isə %88,1 ilə gecikməli az sönümlü qütb cütü hem cədvəlda en yüksək uyğunluq dəyərine sahiptir hem də tədqiqatçılar tarafından idarəedici dizeyninda seçilmiştir.

Termo-mekanik karakterizasyon nə gösterdi?

Karakterizasyon deneylerinde əvvəl Grup B üzərindən fleksiya hareketi yaradılmışdır. SMA yayılarına 10 V DC uygulanmış və PWM kontrollü cərəyan yavaşça artırılmıştır. Joule qızdırmasıyla temperadövr yüksəlirken birləşmənın açistilik da değişmiştir. Grup B üçün istiliktma, temperadövr 120 °C'ye, bud-çanaq bucağı 200°'ye və ya deney müddəti 400 saniyeye çatmadan əvvəl ilgili sərhədlara görə dayandayanulmuşdövr.

Ardından təbii soyuma beklenmiş və Grup A üzərindən ters yönde hareket yaradılmışdır. Grup A deneyinde temperadövr sərhədi yine 120 °C, bucaq sərhədi −20° və zaman sərhədi 800 saniye kimi verilmişdir. Deneyler tutarlılığı qiymətləndirmək amacıyla beş dəfə təkrarlanmışdır.

Şəkil 13'teki beş təkrar, oynaq açistiliknın 200° civarındaki üst mövqea yüksəlip daha sonra karşıt yay qrupu etkinleştirildiğinde −20° civarındaki mövqea dönebildiğini göstərir. Aynı şeklin temperadövr grafiği, hər yay qrupunun Joule qızdırması sırasında hızla istilikndığını və enerji kesildiğinde ortam şərtlərinda kademəli kimi soğuduğunu göstərir.

Niyə daha sonra hareket aralığı 20°'ye düşürüldü?

Tədqiqatçılar mövcud deneyleri təxminən 10 ay əvvəlki PID idarəetməsi deneyleriyle karşılaştırdığında benzer bucaqsal hareketi üretmek üçün daha yüksək temperadövrun gerektiğini bildirmektedir. Müəlliflər bunu SMA'nın aşırı istiliktılmasına və şəkil hafızası xüsusiyyətlərinin pozulma riskine bağlamaktadır.

Bu səbəbdən adaptiv PID ilə yapılan sonrakı kontrol deneylerinde hərəkət diapazonu 20° ilə sərhədlandırılmıştır. Amaç daha böyük hareket üretmek əvəzinə SMA'yı yüksək temperadövrtan koruyarak kontrol davranışını incəlemektir.

Adaptif kontrol deneylerinde nəticə nə oldu?

20 V giriş altında yapılan pilləvari trayektoriya deneyinde adaptiv idarəetmə üçün RMSE 2,98° kimi verilmişdir. Tədqiqatın nəticə bölümünde eyni basamak deneyleri üçün gecikmə müddəti 2,09 s, qalxma müddəti 2,51 s və aşma %10,5 kimi raporlanmaktadır.

Sinüzoidal istinad trayektoriyasısinde isə istənilən və real bucaq eğrileri böyük ölçüde birbirini takip etmiştir. Şəkil 17'də bucaq ölçməüne ani pozucular eklenmesine rağmen adaptiv idarəetməün trayektoriyayi yeniden takip ettiği gösterilmektedir. Bu deneyde:

RMSE = 0,94°

kimi hesabatda bildirilmişdir. Bu nəticə tədqiqatın deney düzülüşeğinde bucaq takip performansını ifade eder; real bir istifadəçinın yerişünde və ya reabilitasiya tətbiqsında əlde edilmiş klinik dəqiqlik dəyəri değildir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Altışar SMA yayıdan yaranan iki karşıt yay qrupu kiçik miqyaslı prototipte iki istiqamətli oynaq hareketi üretebilmiştir.
• Termo-mekanik karakterizasyon deneylerinde prototip −20° ilə 200° arasındaki mekanik hareket aralığını göstərmişdir.
• Gerilim və cərəyan ölçmələrini istilik transfer modəliyle birleştiren temperadövr proqnoz yanaşması deneysəl termocüt məlumatlarıyle müqayisə edilmişdir.
• T1 temperadövrunda birinci derece modəl və ölçülmüş başlanğıc temperadövru üçün 0,40 °C RMSE hesabatda bildirilmişdir.
• Sistem tanımlama, fleksiya və ekstensiya yönleri üçün birbirinden fərqli dinamik davranışlar ortaya koymuşdövr.
• Adaptif PID idarəetməsi sinüzoidal deneyde 0,94° bucaq takip RMSE'sine ulaşmıştır.
• Termal yükün SMA hərəkət diapazonu və uzun dörütubət kullanılabilirliği açistilikndan əsas sərhədlayıcı faktörlerden biri olduğu deneysəl kimi görünür hâle gəlmiştir.

Tədqiqatın destoynaqediği və ya test etmediği nəticələr

• Tədqiqat real bir insan üzərində geyiləbilən bud-çanaq ekzoskəleti deneyi değildir.
• 0,94° RMSE bir klinik reabilitasiya uğursı və ya pasiyent nəticəsi değildir.
• −20° ilə 200° arasındaki prototip hareketi insan kalçası üçün təklif edilən tədqiqat aralığı değildir.
• SMA sisteminin uzun dörütubət dövr ömrü deneysəl kimi ortaya konmamıştır.
• Aktif soğutma sistemi bu tədqiqatda tətbiq edilməmişdir.
• Ciltle temas eden tam ölçekli bir ekzoskəlette istilik inamlik təsdiqlənməmişdir.
• Sıcaklık proqnoz metodinin hər SMA geometrisinde və ya fərqli ortam şərtlərinda eyni doğruluğu vereceği gösterilmemiştir.
• Uzun sürəli kullanımdaki material yorulması və performans kaybı əhatəlı şəkildə test edilməmişdir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Deneysəl sistem xülasəi

SMA'nın termomexaniki bağıntistilik

Mənbədə SMA yayıı üçün gərginlik, temperadövr, sürüşmə şəkil dəyişdirməsi və martensit nisbətını ilişkilendiren fenomenolojik modəl bu şəkilde verilmektedir:

\[ \dot{\tau} = G\dot{\gamma} + \Omega\dot{\xi} + \Theta\dot{T} \]

Burada \(G\) sürüşmə modülü, \(\Omega\) dönüşüm tensörü, \(\Theta\) termoəlastik tensör, \(\gamma\) sürüşmə şəkil dəyişdirməsi, \(T\) temperadövr və \(\xi\) martensit fazaa nisbətıdır. Mənbədə \(\xi=1\) tamamen martensit, yani soğuk dayanum; \(\xi=0\) isə tamamen austenit, yani sıcak dayanum kimi tanımlanmaktadır.

Doğrusal hareketten fırlanma hərəkətine geçiş

SMA yayı qrupunun oluşdövrduğu xətti yerdəyişmə makara üzərindən kalça birləşməsının dönüşüne çevrilmektedir:

\[ \theta_x= \frac{\Delta L}{r_{pulley}} \]

\(\Delta L\) SMA yayılarının oluşdövrduğu xətti hərəkəti, \(r_{pulley}\) makara radiusunı və \(\theta_x\) birləşmənın fırlanma bucağını temsil etmektedir.

Fleksiyon sistem identifiəzələiyası

Tədqiqatçılar PID ayarı üçün %95,15 uyğunluq dəyərindeki gecikməli iki qütblu modəli seçmiştir:

\[ G_{flex}(s) = \frac{648.2} {348.8s^2+37.35s+1} e^{-6.46s} \]

Bu modəl üçün bəlirlenen PID kazançları:

• \(K_p = 0.00518\)
• \(K_i = 0.00001\)
• \(K_d = 0.05697\)

Simülasyonda qalxma müddəti 8,7 s, odövruşma müddəti 56,8 s və aşma %6,9 kimi bildirilmişdir.

Ekstansiyon sistem identifiəzələiyası

Ekstansiyon üçün seçilen ötürmə funksiyası:

\[ G_{ext}(s) = \frac{0.003174} {281.2s^2+15.33s+1} e^{-22.4s} \]

PID parametrləri:

• \(K_p = 120.3254\)
• \(K_i = 5.7343\)
• \(K_d = 631.2162\)

Simülasyonda qalxma müddəti 39,3 s, odövruşma müddəti 290 s və aşma %8,15 kimi bildirilmişdir. Fleksiyon və ekstensiya dinamikleri arasındaki bu böyük fərqlilık, iki yönün tək bir özdeş dinamik modəlle temsil edilmediğini göstərir.

Adaptif kontrol deneyinin başlangıç parametrləri

Hareket aralığı termal risk nedeniyle 20°'ye düşürüldükten sonra adaptiv idarəetmə deneylerinde başlangıç PID parametrləri qaynaqta bu şəkildə verilmişdir:

• \(k_p = 0.621732 \times 255\)
• \(k_i = 0.007068 \times 255\)
• \(k_d = 0.0341826 \times 255\)

Adaptasyon öğrenme nisbətləri:

• \(\gamma_1 = 6.0 \times 10^{-6}\)
• \(\gamma_2 = 10^{-7}\)
• \(\gamma_3 = 5 \times 10^{-9}\)

Deneysəl kontrol nəticələrı

Tədqiqatın əsas mühendislik məhdudiyyətlərı

• SMA'nın təbii soyuma müddəti sistem cevabını sərhədlar.
• Aşırı temperadövr şəkil hafızası davranışında pozulma və aktuator ömründe azalma riski taşır.
• Önceki deneylere görə eyni hareket üçün daha fazala istilik gerektiği gözlenmiştir.
• Bu səbəbdən sonrakı deneylerde hareket mesafesi 20°'ye düşürülmüştür.
• Tam ölçekli insan geyiləbilən ekzoskəleti bu tədqiqat əhatəsinda test edilməmişdir.
• Uzun dörütubət dövr və dayanıqlılıq testleri yapılmamıştır.
• Aktif soğutma uygulanmamış; tədqiqatçılar bunu gələcək iş konusu kimi bəlirtmiştir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqat adı: Temperadövre Estimation of Thin Shape Memory Alloy Springs in a Small-Scale Hip Exoskəleton with System Identification and Adaptive Control

Müəlliflər: Hussein F. M. Ali, Youngshik Kim, Ejaz Ahmad, Shuaiby Mohamed.

Yazar sırası: Mənbədə verilen sıra aynen korunmuşdövr.

Eş birinci / eş katkı: Mənbədə eş birinci və ya eş katkı beyanı mövcud deyil.

Sorumlu müəlliflər: Hussein F. M. Ali və Youngshik Kim.

Qurumlar:

• Department of Mechanical Engineering, Benha University, Benha, Egypt.
• Department of Smart Computing, Kyungdong University Global, Goseong, Republic of Korea.
• Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University, Daejeon, Republic of Korea.
• Department of Mechatronics Engineering, Assiut University, Assiut, Egypt.

Mənbə növü: Hakemli deneysəl tədqiqat məqaləsi; SMA aktuator, sistem identifiəzələiyası, temperadövr qiymətləndirilməsi və adaptiv idarəetmə tədqiqatsı.

Jurnal: Actuators.

Nəşriyyat: MDPI.

Bibliyoqrafik künyesi: Actuators 2026, 15(1), 26.

Məqalə numarası: 26.

DOI: 10.3390/act15010026.

Rəsmi nəşr birləşməsı:https://doi.org/10.3390/act15010026

Gönderim tarihi: 23 Ağustos 2025.

Revizyon tarihi: 23 Kasım 2025.

Kabul tarihi: 16 Aralık 2025.

Yayın tarihi: 3 Ocak 2026.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat, Kore Ulusal Tədqiqat Vakfı (NRF) üzərindən Kore hüklasterti MSIT tarafından destəlavə edilən 2017R1A2B4008056, 2021R1H1A2093798 və 2022R1A2C1011462 numaralı hibəlerden finansman almıştır. Bundan əlavə Ministry of Education tarafından finanse edilen Regional Innovation Strategy əhatəsinda 2021RIS-004 desteği və ilk yazar üçün NRF Brain Pool programı əhatəsinda 2019H1D3A1A01071124 numaralı destek bildirilmişdir.

Məlumat əlçatanlığı: Tədqiqat məlumatlarının talep üzerine sağlanabileceği bəlirtilmiştir.

Kurumsal etik kurul: Mənbədə “Qeyd applicable” kimi bəlirtilmiştir.

Bilgilendirilmiş razılıq: Mənbədə “Qeyd applicable” kimi bəlirtilmiştir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Müəllif töhfələri: Kavramsallaştırma H.F.M.A. və Y.K.; metodoloji H.F.M.A.; yazılım H.F.M.A. və S.M.; doğrulama H.F.M.A. və S.M.; forməl analiz və tədqiqat H.F.M.A.; qaynaqlar Y.K.; məlumat tənzimləmə H.F.M.A. və S.M.; ilk taslak H.F.M.A., E.A. və S.M.; gözden geçirme və tənzimləmə H.F.M.A.; görsəlleştirme H.F.M.A. və S.M.; danışmanlık, proje yönetimi və finansman edinimi Y.K. kimi bildirilmişdir.

Yapay zekâ kullanım beyanı: Müəlliflər məqalənin hazırlanması sırasında ədəbiyyat icmalı desteği, metin tənzimləmə, dil iyileştirme və LaTeX biçimlendirme teknik desteği amacıyla ChatGPT, modəl GPT-5 kullandıklarını bucaqkça bəlirtmiştir. Müəlliflər bütün çıxışları gözden geçirip düzülüşlediklerini və nəşr məzmununun sorumluluğunu üstlendiklerini beyan etmektedir.

Bilimsəl məzmun sərhədi: Bu Verianla yazistilikndaki deney düzülüşeği, formüller, temperadövr dəyərləri, RMSE nəticələrı, ötürmə funksiyaları, kontrol parametrləri və bilimsəl şərhlar incəlenen əsas tədqiqatya dayanmaktadır. Bibliyoqrafik doğrulama xaricində xarici qaynaqlardan yeni deneysəl nəticə eklenmemiştir.

Mənbə daxilində örütubətli tutarsızlıklar

• Sıcaklık proqnozu bölümünde bir cümlede hem T1 hem T2 “SMA springs group A” kimi tanımlanmıştır. Tədqiqatın digər bölümlerindeki idarəetmə arxitekdövrasınde T1 və T2 iki fərqli karşıt SMA grubuna aittir. Bu dayanum qaynaq daxili etiketleme tutarsızlığı kimi korunmuşdövr.
• Fleksiyon sistem identifiəzələiyasında Cədvəl 1'in en yüksək uyğunluq dəyəri %96,51 ilə “underdamped pair with dəlay” modəline aittir. Buna rağmen müəlliflər idarəedici dizeyni üçün %95,15 uyğunluq'a sahip “two poles with dəlay” modəlini seçmektedir. Mənbə bu tercihin nedenini bucaqkça bəlirtmemektedir.
• Sıcaklık proqnozu qiymətləndirməsinde müəlliflər T2 üçün ikinci derece modəlin en aşağı RMSE'yi verdiğini bəlirtmektedir. Lakin başlanğıc temperadövru ölçülmüş dayanumda üçüncü derece modəl 2,31 °C, ikinci derece modəl isə 3,78 °C RMSE vermektedir. Başlangıç temperadövru ölçülməmiş dayanumda ikinci derece modəlin 3,51 °C sonucu en aşağı dəyərdir.
• Mənbədə temperadövr proqnoz xətasının ±2 °C içində kaldığı ifade edilmesine rağmen Şəkil 10–12'də 2,31, 2,64, 3,51, 3,78, 4,15, 4,44, 7,65 və 13,75 °C kimi 2 °C'nin üzərində RMSE nəticələrı mövcuddur. Bu səbəbdən ±2 °C ifadesi bütün test şərtləri üçün geçerli bir genəl nəticə kimi sunulmamıştır.
• Termo-mekanik karakterizasyonun izah metninde Şəkil 13b temperadövr, Şəkil 13c bucaq kimi tarif edilmektedir; görünür şəkil və şəkil alt yazistiliknda isə 13b oynaq açistilik, 13c temperadövrtır.

Bilimsəl şərh sərhədi: Tədqiqat kiçik miqyaslı deneysəl bir prototipi araşdırır. Prototipin −20° ilə 200° arasında mekanik hareket göstermesi, bu aralığın insan kalçasında inamli və ya fizyolojik olduğu anlamına gəlmez. Adaptif kontrol deneyindeki 0,94° RMSE də real pasiyent reabilitasiyaundaki performansı temsil etmez. SMA temperadövru insanla temas açistilikndan örütubətli bir inamlik problemidir və tədqiqatçılar gəlecekte aktiv soyutma ilə uzun dörütubət dayanıqlılıq tədqiqatlarına ihtiyaç olduğunu bucaqkça bəlirtmektedir.