Bu araştırma, yürüyüş eğitimi sırasında omuz fleksiyon-ekstansiyon hareketi oluşturarak kol salınımını başlatmak için geliştirilen giyilebilir bir Arm Swing Facilitator Device (ASFD) prototipinin tasarımını ve uygulanabilirliğini incelemektedir. Sistem; sırta yerleştirilen 260 W fırçasız motor, toplam 12:1 oranlı iki kademeli kayış-kasnak transmisyonu, Bowden kablo aktarımı ve geniş omuz çalışma alanı sağlamak amacıyla kullanılan çift paralelkenar bağlantı mekanizmasından oluşmaktadır. Statik yük deneyinde 15,09 N·m, dinamik deneyde 3,417 kg toplam test kütlesi ve 1,1 Hz koşulunda 10,74 N·m maksimum çıkış torku elde edilmiştir. Beş sağlıklı erkek katılımcıyla ayakta ve kollar pasif durumdayken yapılan uygulanabilirlik deneyinde cihaz 0,8, 1,0 ve 1,2 Hz frekanslarında kol salınımını oluşturabilmiştir. Buna karşılık çalışma yürüyüş sırasında veya nörolojik/klinik hasta grubunda rehabilitasyon etkinliği test etmemiştir.

Araştırmanın temel mühendislik hedefi yaklaşık 1 Hz yürüyüş ritmine karşılık gelen çevrimsel kol hareketini oluştururken aktüatörün ağırlığını kullanıcının kolundan uzaklaştırmak, omuzun diğer serbestlik derecelerini mümkün olduğunca korumak ve fizyolojik omuz torku mertebesine yakın bir destek üretmektir. Tasarım hedefi yaklaşık 12 N·m olarak belirlenmiştir. Motorun nominal torku yaklaşık 1,02 N·m olduğundan 3:1 ve 4:1 iki aktarım kademesiyle toplam 12:1 tork büyütme oranı tasarlanmıştır.

Transmisyon deneyleri, toplam mekanik verimliliğin hareket frekansına göre değiştiğini göstermiştir. Toplam verim 0,8 Hz'de %82,9, 1,0 Hz'de %86,5 ve 1,2 Hz'de %90,1 olarak ölçülmüştür. Aynı koşullarda toplam mekanik kayıp sırasıyla %17,1, %13,5 ve %9,9'dur. Araştırmacılar daha yüksek frekanstaki verim artışını kayış kavramasının iyileşmesi ve kaymanın azalmasıyla ilişkilendirmektedir.

Omuz çalışma alanı bakımından cihaz fleksiyon/ekstansiyon ve abdüksiyon/adduksiyon hareketlerinin büyük bölümünü korumuştur; ancak rotasyon daha sınırlıdır. İnsan deneyi sırasında ASFD ile ölçülen maksimum abdüksiyon 129,76°, fleksiyon 125,5°, ekstansiyon 36,93°, dış rotasyon 24,58° ve iç rotasyon 56,21° olarak bildirilmiştir. Araştırmanın tartışmasında dış rotasyon kısıtının cihazın hedeflenen kol salınımı görevi açısından kabul edilebilir bulunduğu belirtilmektedir.

Türkiye açısından: Araştırma Türkiye'deki klinik uygulamalar, rehabilitasyon merkezleri veya hasta popülasyonları üzerinde gerçekleştirilmemiştir. Dolayısıyla cihazın Türkiye'de rehabilitasyon başarısı veya klinik kullanıma uygunluğu bu çalışmadan çıkarılamaz. Bununla birlikte çalışma; omuz dış iskeleti, rehabilitasyon robotiği, giyilebilir mekanizmalar ve insan-robot etkileşimi alanlarında çalışan araştırma ekipleri açısından mekanik tasarım, tork boyutlandırma, çalışma alanı ve insan üzerinde erken uygulanabilirlik değerlendirmesinin birlikte nasıl yürütülebileceğine ilişkin ayrıntılı bir prototip örneği sunmaktadır. Klinik kullanıma geçiş için yürüyüş sırasında test, bilateral yapı, hedef hasta grupları, uzun süreli kullanım ve daha geniş örneklem üzerinde ayrı doğrulamalar gerekir.

Araştırmanın temel sorusu nedir?

Çalışmanın temel sorusu, doğal yürüyüş frekanslarına yakın hızlarda omuz fleksiyon-ekstansiyon hareketini programlanabilir biçimde oluşturan, aynı zamanda omuzun diğer hareketlerini mümkün olduğunca serbest bırakan giyilebilir bir cihazın teknik olarak uygulanabilir olup olmadığıdır.

Araştırmacılar özellikle kollarını yeterince başlatamayan veya kol salınımını değiştirmekte zorlanan kullanıcıların yalnız dokunsal geri bildirimden daha güçlü bir mekanik yönlendirmeye ihtiyaç duyabileceği probleminden hareket etmektedir. Bununla birlikte bu prototip, doğrudan tedavi cihazı olarak değil, kol salınımı oluşturmak için gereken tork ve hareket özelliklerini belirlemeye yönelik bir araştırma aracı olarak geliştirilmiştir.

ASFD hangi tasarım gereksinimlerine göre geliştirildi?

Çalışmada kol salınımı için beş temel tasarım gereksinimi tanımlanmıştır:

1. Aktüatörlerin kol üzerine ek yük bindirmemesi için sırtta konumlandırılması.
2. Yalnız omuz fleksiyon/ekstansiyonunun aktif olarak sürülmesi.
3. Omuzun abdüksiyon/adduksiyon ve iç/dış rotasyon gibi diğer hareketlerinde geniş pasif serbestlik sağlanması.
4. Yaklaşık 0,8–1,1 Hz normal yürüyüş frekansı aralığında yaklaşık sinüzoidal hareket üretilebilmesi.
5. Omuz hareketi için yeterli tork oluşturulması.

Prototip bu gereksinimleri karşılamak amacıyla sert bağlantılı mekanizma ile Bowden kablolu uzaktan aktüasyonu birleştirmektedir. Sert bağlantılar uç noktanın geometrisini kontrol ederken Bowden kablosu motorun sırtta tutulmasına olanak vermektedir.

Kol salınımı için gereken tork nasıl tahmin edildi?

Araştırmacılar üst kol ve önkolu iki bağlantılı düzlemsel bir mekanizma olarak modellemiştir. Omuz ve dirsek birer tek serbestlik dereceli dönel eklem olarak alınmış; eklem viskozitesi ve rijitliği yaklaşık tork tahmini amacıyla ihmal edilmiştir.

Standart Newton–Euler dinamik bağıntısı kullanılmıştır:

\[ \tau = H(\theta)\ddot{\theta}+V(\theta,\dot{\theta})+G(\theta) \]

Burada \(\tau=[\tau_s,\tau_e]^T\) omuz ve dirsek tork vektörünü, \(\theta=[\theta_s,\theta_e]^T\) eklem açılarını, \(H(\theta)\) atalet matrisini, \(V(\theta,\dot{\theta})\) merkezcil ve Coriolis bileşenlerini, \(G(\theta)\) ise yerçekimi torklarını temsil etmektedir.

Tasarım simülasyonunda omuz için 40° genlik, dirsek için 20° genlik ve 1 Hz hareket frekansı kullanılmıştır. Dirseğin aşırı ekstansiyona gitmemesi amacıyla ayrıca 20° sıfırdan farklı açı ofseti dikkate alınmıştır.

Antropometrik duyarlılık analizi ne gösterdi?

Tork gereksiniminin yalnız tek bir vücut tipine bağlı kalmaması için araştırmacılar erkek ve kadın temel antropometrilerine ek olarak boy ve vücut kütlesinde ±%10 değişim uygulamıştır. Toplam on bir koşul değerlendirilmiştir.

Tablodaki en yüksek maksimum omuz torku, boyu %10 artırılmış erkek senaryosunda 15,035 N·m'dir. Araştırmacılar tipik yetişkin vücut tiplerinin çoğunun cihazın yaklaşık 12 N·m dinamik kapasitesine yakın veya bu sınır içinde olduğunu, yalnız uç boy senaryosunun belirgin biçimde üzerine çıktığını belirtmektedir.

Kaynakta antropometriyle ilgili önemli bir tutarsızlık var mı?

Evet. Ana yöntem metninin ilk kısmında simülasyon parametrelerinin 1,75 m ve 76,7 kg bir “healthy U.S. male” üzerinden belirlendiği yazmaktadır. Hemen sonraki duyarlılık analizinde ise 1,75 m ve 90,3 kg “US Male”, 1,75 m ve 76,6 kg “Healthy Male” olarak ayrı koşullar tanımlanmıştır.

Daha önemlisi Ek A'da aynı iki bağlantılı kol modelinin parametrelerinin “average male subject (169 kg, 1.75 m)” için olduğu yazmaktadır. 169 kg değeri ana metindeki 76,6–90,3 kg aralığındaki temel antropometrik değerlerle uyuşmamaktadır. Kaynaktaki bu değer sessizce değiştirilmemiştir.

Neden çift paralelkenar mekanizması kullanıldı?

Omuz, insan vücudundaki geniş hareket kapasitesine sahip eklemlerden biridir ve giyilebilir sert mekanizmalarda eklem ekseni uyumsuzluğu önemli bir tasarım problemidir. ASFD'de kullanılan double parallelogram linkage (DPL), cihazın dönme merkezinin omuz merkezine yakın tutulmasına ve uç bağlantının geniş bir çalışma alanına ulaşmasına yardımcı olmak amacıyla kullanılmıştır.

Çalışmanın Şekil 2'si DPL mekanizmasının maksimum uzama, maksimum kısalma ve nötr konumlarda uzaktaki dönme merkezini nasıl koruduğunu göstermektedir. Şekil 4 ve Şekil 5 ise mekanizmanın Denavit–Hartenberg koordinat sistemleriyle nasıl sadeleştirilerek modellendiğini ayrıntılandırmaktadır.

Motor ve güç aktarım sistemi nasıl tasarlandı?

Aktüatör olarak nominal 1,02 N·m tork üreten 260 W Maxon EC90 fırçasız motor ve EPOS4 70/15 motor kontrolcüsü kullanılmıştır. Yaklaşık 12 N·m tasarım hedefi için motor çıkışının yaklaşık 12 kat büyütülmesi gerektiğinden, araştırmacılar iki kademeli bir dişli kayış-kasnak sistemi geliştirmiştir.

Güç sistemi 2 Hz frekans ve 40° genlikteki üst tasarım koşulu için de kontrol edilmiştir. 12:1 redüksiyonla bu hareket yaklaşık 640 rpm motor hızı gerektirmekte ve bu değer motorun 1790 rpm nominal hızının altında kalmaktadır.

Neden motor kolun üzerinde değil?

Motor ve ağır güç aktarım bileşenleri ALICE tipi sırt taşıma çerçevesinin üzerinde, gövdeye yakın konumlandırılmıştır. Amaç kullanıcının üst kolundaki distal kütleyi azaltmaktır.

Motor torku omuza Bowden kablosu üzerinden iletilmektedir. Bu yapı motorun sırtta tutulmasına izin verirken DPL ve uç bağlantı kolun hareketini takip etmektedir.

Sırt plakası, Bowden kabloları ve kablo kılıfları birlikte 2,88 kg'dır. DPL ve kullanıcı koluna bağlanan uç efektörün toplam kütlesi ise 1,07 kg olarak verilmiştir. Bu ikinci kütlenin etkisini azaltmak amacıyla DPL montaj bölgesine torsiyon yayı eklenmiştir.

İki kademeli transmisyonun gerçek verimliliği ne kadar?

Motor mili, birinci kademe çıkışı ve ikinci kademe çıkışının açısal hızları üç Movella DOT IMU ile 120 Hz örnekleme hızında ölçülmüştür. Her frekansta 30 saniyelik kararlı durum hareketi kaydedilmiştir.

Birinci kademe için ölçülen redüksiyon:

\[ N_1=\frac{\omega_{motor}}{\omega_{stage1}} \]

ve verim:

\[ \eta_1=\frac{3.0}{N_1}\times100\% \]

İkinci kademe için:

\[ N_2=\frac{\omega_{stage1}}{\omega_{stage2}} \]

\[ \eta_2=\frac{4.0}{N_2}\times100\% \]

Toplam aktarım:

\[ N_{total}=N_1N_2 = \frac{\omega_{motor}}{\omega_{stage2}} \]

ve toplam verim:

\[ \eta_{total} = \eta_1\eta_2 = \frac{12.0}{N_{total}}\times100\% \]

olarak hesaplanmıştır.

Toplam verim 0,8 Hz'deki %82,9'dan 1,2 Hz'de %90,1'e yükselmiştir. Buna karşılık toplam kayıp %17,1'den %9,9'a gerilemiştir. Araştırmacılar bu eğilimi daha yüksek hızlarda kayış kavramasının iyileşmesi ve kaymanın azalmasıyla ilişkilendirmektedir.

Omuz hareket alanı nasıl değerlendirildi?

ASFD, altı eklem değişkeniyle seri bağlantılı mekanizma olarak modellenmiş ve uç bağlantının konumu Denavit–Hartenberg dönüşümleriyle hesaplanmıştır:

\[ {}^{0}T_{6} = {}^{0}T_{1} {}^{1}T_{2} {}^{2}T_{3} {}^{3}T_{4} {}^{4}T_{5} {}^{5}T_{6} \]

Sonuç matrisi:

\[ {}^{0}T_{6} = \begin{bmatrix} {}^{0}R_{6} & {}^{0}d_{06}\\ 0^T & 1 \end{bmatrix} \]

biçiminde uç efektörün omuz merkezine göre konum ve yönelimini vermektedir.

Şekil 8, hesaplanan uç efektör çalışma alanını transvers, sagittal ve frontal düzlemlerde göstermektedir. Renk haritalarında kırmızı alanlar mekanizmanın daha yüksek hareket kapsamına sahip olduğu bölgeleri, siyah nokta ise omuz merkezi kabul edilen başlangıç noktasını temsil etmektedir.

ASFD doğal omuz hareketini ne kadar sınırladı?

Çalışma alanı ölçümünde cihaz enerjisiz ve geriye sürülebilir durumda kullanılmıştır. Bir katılımcının omuz hareketleri IMU ile cihazlı ve cihazsız koşullarda karşılaştırılmış, ayrıca beş erkek katılımcı benzer hareketleri nitel olarak gerçekleştirmiştir.

Fleksiyon/ekstansiyon ve abdüksiyon/adduksiyon hareketlerinin anatomik çalışma alanıyla sırasıyla %86,5 ve %72,2'ye varan örtüşme gösterdiği raporlanmıştır. Rotasyon hareketleri daha sınırlıdır. Sonuç bölümünde iç/dış rotasyonun birlikte yalnız yaklaşık %50,5 örtüştüğü belirtilirken tartışmada dış rotasyon için %26,7 ve iç rotasyon için %80,3 değerleri ayrı ayrı verilmektedir. Bu farklı ifadeler kaynakta aynen bulunmaktadır.

Statik yük deneyinde ne bulundu?

Statik deneyin amacı sistem arızası oluşmadan taşınabilecek maksimum torku belirlemektir. İnsan kolunu temsil etmek için alüminyum bir test kolu kullanılmış ve üzerine kademeli olarak ağırlık eklenmiştir. Her ağırlık koşulu dört kez tekrarlanmıştır.

Statik testte ölçülen maksimum çıkış torku:

15,09 N·m

olarak bildirilmiştir. Tork ile eklenen kütle arasındaki ilişki yaklaşık doğrusal olup tartışma bölümünde \(R^2=0,99\) olarak verilmiştir. Bu maksimum statik değer, tasarım hedefi olan yaklaşık 12 N·m'nin üzerindedir.

Dinamik yük altında sistemin sınırı ne oldu?

Dinamik deneylerde test kolu 40° hareket genliğinde çalıştırılmış ve toplam test kütlesi 0,697 kg'dan 3,417 kg'a kadar artırılmıştır. Düşük kütlede 1,5 Hz'e kadar çıkılabilmiş, daha ağır koşullarda maksimum erişilebilir frekans 1,1 Hz'e düşmüştür.

En ağır dinamik koşulda, 3,417 kg toplam kütle ve 1,1 Hz hareket frekansında maksimum tork 10,74 N·m olarak ölçülmüştür. Araştırmacılar 1,5 Hz'in daha ağır yüklerde elde edilememesini sistemin yön değiştirme kapasitesi ve güç aktarım yapısının sınırlarıyla ilişkilendirmektedir.

Metin bu deneyleri bir noktada “altı farklı kütle” olarak tanımlamaktadır; ancak Tablo 8, alüminyum kolun yalnız kendi kütlesiyle yapılan ilk koşul dahil yedi toplam kütle koşulu göstermektedir.

İnsan deneyinde kimler yer aldı?

İnsan üzerindeki uygulanabilirlik çalışmasına beş sağlıklı erkek katılımcı dahil edilmiştir:

• Yaş: 30 ± 7 yıl
• Vücut kütlesi: 90 ± 22 kg
• Boy: 1,80 ± 0,07 m

Katılımcılar ayakta durmuş ve kollarını aktif olarak sallamamaları, kollarını yanlarında pasif bırakmaları istenmiştir. Bu koşul bilerek seçilmiştir; amaç cihazın kullanıcı katkısı olmadan kolu tek başına hareket ettirebilme kapasitesini test etmektir. Dolayısıyla bu deney gerçek yürüyüş deneyi değildir.

İnsan deneyindeki hareket protokolü nasıldı?

Hedef kol salınımı genliği 10° olarak belirlenmiş, böylece yaklaşık 20° toplam hareket açıklığı oluşturulmuştur. Test frekansları:

• 0,8 Hz
• 1,0 Hz
• 1,2 Hz

olarak seçilmiştir. Frekans kademeli olarak artırılıp azaltılmış ve protokol üç kez gerçekleştirilmiştir.

Kaynak metnin bir cümlesinde “0,8 Hz'den 1,0 Hz'e artırıldı ve sonra 1,2 Hz'e geri dönüldü” şeklinde dilsel olarak tutarsız bir ifade vardır. Aynı bölümün devamında ve Şekil 11'de deney düzeni 0,8 → 1,0 → 1,2 → 1,0 → 0,8 Hz sırasını göstermektedir. Bu kaynak içi ifade sessizce düzeltilmiş kabul edilmemelidir.

Kol gerçekten cihazın hareketini takip etti mi?

Evet, kaynak verileri beş sağlıklı katılımcının pasif kolunun ASFD bağlantısının hareketini yakın biçimde takip ettiğini göstermektedir. Şekil 11a'daki kol ve mekanizma açı eğrileri büyük ölçüde üst üste gelmektedir. FFT tabanlı güç spektral yoğunluğu analizi de uygulanan ve gerçekleşen baskın frekansların örtüştüğünü göstermiştir.

En iyi frekans eşleşmesinin 1 Hz koşulunda bulunduğu belirtilmiştir.

İnsan deneyinde omuz torku nasıl hesaplandı?

Kullanıcının kolu sagittal düzlemde tek serbestlik dereceli bir sarkaç olarak modellenmiştir. Tahmini omuz torku:

\[ \tau_{sh} = I_{sh}\alpha + m_{arm}g\,l_{COM}\sin\theta \]

denklemiyle hesaplanmıştır.

Burada \(I_{sh}\) omuz merkezine göre atalet momentini, \(\alpha\) açısal ivmeyi, \(m_{arm}\) üst ekstremite kütlesini, \(g\) yerçekimi ivmesini, \(l_{COM}\) omuz ile kol kütle merkezi arasındaki mesafeyi ve \(\theta\) IMU ile ölçülen kol açısını temsil etmektedir.

Açısal ivme, \([\theta,\dot{\theta}]^T\) durum vektörü üzerinde uygulanan iki durumlu ayrık Kalman filtresi kullanılarak hesaplanmıştır.

Motor akımından cihaz torku nasıl bulundu?

ASFD'nin ürettiği tork motor akımından:

\[ \tau_{ASFD}(t) = N K_t \frac{i}{1000} \]

ifadesiyle hesaplanmıştır.

Kaynakta:

• \(N=12\): toplam aktarım oranı
• \(K_t=80,7\ \text{mN·m/A}\): motor tork sabiti
• \(i\): amper cinsinden motor akımı

olarak verilmiştir.

Frekansın tork üzerindeki etkisi istatistiksel olarak anlamlı mıydı?

Evet. Tork analizi için tekrarlı ölçümler karma-model ANOVA kullanılmış ve anlamlılık eşiği \(\alpha=0,05\) olarak belirlenmiştir.

Frekansın tork üzerinde anlamlı ana etkisi bulunmuştur:

\[ F(1.15,9.26)=43.24,\quad p<0.001,\quad \eta^2=0.84 \]

ASFD torku ile ters dinamikten hesaplanan omuz torku arasında da anlamlı ana fark vardır:

\[ F(1,8)=18.19,\quad p=0.003,\quad \eta^2=0.69 \]

Frekans ile tork hesaplama yöntemi arasındaki etkileşim:

\[ F(1.15,9.26)=60.37,\quad p<0.001,\quad \eta^2=0.88 \]

olarak raporlanmıştır.

ASFD'nin hesaplanan torku 0,8 Hz'de omuz torkundan anlamlı derecede yüksek bulunmuştur (\(p<0,001\)). Aynı fark 1,0 Hz'de de anlamlıdır (\(p=0,003\)). 1,2 Hz'de ise iki tork arasında anlamlı fark bulunmamıştır (\(p=0,318\)). Omuz torkunun frekans yükseldikçe arttığı ve 1,2 Hz'deki en yüksek tepe değerin 10 N·m'nin altında kaldığı bildirilmiştir.

Kolun hareket açıklığı frekansla değişti mi?

Evet. Frekans koşulunun hareket açıklığı üzerinde anlamlı etkisi bulunmuştur:

\[ F(2,16)=69.640,\quad p<0.001,\quad \eta^2=0.897 \]

Hem mekanizma bağlantısının hem kolun hareket açıklığı frekans yükseldikçe artmıştır. Kol ve bağlantı ROM değerleri arasında ise anlamlı fark bulunmamıştır:

\[ F(1,8)=4.032,\quad p=0.080,\quad \eta^2=0.335 \]

Bu sonuç, deney koşullarında kol ile cihaz bağlantısının benzer hareket ettiğini desteklemektedir.

20 dakikalık kullanımda kas yorgunluğu görüldü mü?

Çalışmanın kısa süreli EMG değerlendirmesinde tespit edilebilir sistematik kas yorgunluğu görülmemiştir. Aynı beş katılımcı ASFD'yi 20 dakika boyunca takmış ve Noraxon Ultium kablosuz EMG sistemiyle dokuz elektrot üzerinden postür ve omuz kasları izlenmiştir.

Yorgunluk değerlendirmesinde EMG güç spektrumunun median frekansı (MDF) ve ortalama frekansı (MNF) kullanılmıştır. Sağ üst trapezius kası için doğrusal eğim:

• MDF: 0,0074 Hz/s
• MNF: 0,0034 Hz/s

olarak verilmiştir. Araştırmacılar bu sıfıra yakın eğimleri 20 dakikalık kullanım sırasında tespit edilebilir bir sistematik frekans düşüşü olmadığının göstergesi olarak yorumlamaktadır.

Bu bulgu yalnız beş sağlıklı katılımcının 20 dakikalık kısa süreli deneyine aittir. Uzun süreli kullanım konforu, klinik popülasyonlardaki yorgunluk veya günlük yaşam kullanım güvenliği bu deneyle gösterilmemiştir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• ASFD prototipi omuz fleksiyon/ekstansiyon yönünde programlanabilir çevrimsel hareket oluşturabilmiştir.
• Statik yük testinde maksimum 15,09 N·m tork ölçülmüştür.
• Dinamik yük testinde 3,417 kg ve 1,1 Hz koşulunda maksimum 10,74 N·m tork elde edilmiştir.
• İki kademeli transmisyonun toplam verimi 0,8 Hz'de %82,9'dan 1,2 Hz'de %90,1'e yükselmiştir.
• Beş sağlıklı erkek katılımcının pasif kolları 0,8–1,2 Hz frekanslarında cihaz tarafından hareket ettirilebilmiştir.
• Kol ile cihaz bağlantısının hareket açıklıkları arasında istatistiksel olarak anlamlı fark bulunmamıştır.
• 20 dakikalık kısa süreli EMG değerlendirmesinde tespit edilebilir sistematik kas yorgunluğu gözlenmemiştir.
• Fleksiyon/ekstansiyon ve abdüksiyon/adduksiyon çalışma alanı, rotasyona göre daha az kısıtlanmıştır.

Çalışmanın desteklemediği veya test etmediği sonuçlar

• Çalışma, cihazın rehabilitasyon tedavisini iyileştirdiğini göstermemektedir.
• İnme, Parkinson hastalığı, omurilik yaralanması veya başka bir klinik grupta etkinlik test edilmemiştir.
• İnsan deneyi yürüyüş sırasında gerçekleştirilmemiştir; katılımcılar ayakta ve kolları pasif durumdadır.
• Beş sağlıklı erkekten elde edilen sonuçlar genel nüfusa veya hastalara doğrudan genellenemez.
• 20 dakikalık EMG sonucu uzun dönem kullanımda yorgunluk olmayacağını kanıtlamaz.
• Tek taraflı prototip bilateral kol salınımı rehabilitasyonunun etkinliğini göstermemektedir.
• Dış omuz rotasyonundaki sınırlılık giderilmiş değildir.
• Uzun dönem mekanik dayanıklılık ve aktüatör ömrü kapsamlı biçimde test edilmemiştir.
• Prototipin gerçek yürüyüş sırasında kol salınımını değiştirme kabiliyeti gelecek çalışma konusu olarak bırakılmıştır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Çalışmanın deneysel yapısı

Kol modelinde kullanılan temel parametreler

Güç aktarım verimi

İnsan deneyinin ölçüm düzeni

Kol hareketi ve cihaz bağlantısının hareketi iki ayrı IMU ile kaydedilmiştir. IMU verileri kablosuz olarak akıllı telefona aktarılmıştır. Bu iki sensörün amacı kol ile mekanizma arasında backlash, boşluk veya zamanlama farkı olup olmadığını bağımsız olarak değerlendirmektir.

Katılımcı güvenliği için yazılımsal güvenlik mekanizmalarının yanında elde tutulan bir dead-man switch kullanılmıştır.

İstatistiksel analiz

İstatistiksel işlemler SPSS v29 ile gerçekleştirilmiştir. Tork ve hareket açıklığı için tekrarlı ölçümler karma-model ANOVA kullanılmış ve anlamlılık eşiği:

\[ \alpha=0.05 \]

olarak belirlenmiştir.

Küresellik varsayımı Mauchly testiyle değerlendirilmiş; ihlal durumunda Greenhouse–Geisser düzeltmesi uygulanmıştır. Anlamlı farklılıkların hangi frekans çiftlerinden kaynaklandığını belirlemek için Bonferroni düzeltmeli post-hoc karşılaştırmalar kullanılmıştır.

EMG ölçümü

Kısa dönem konfor ve potansiyel kas yorgunluğu Noraxon Ultium kablosuz EMG sistemiyle değerlendirilmiştir. Dokuz elektrot; üst ve alt trapezius, rectus abdominis ile ASFD'nin bulunduğu sağ koldaki anterior, middle ve posterior deltoid dahil postür ve omuz kaslarına yerleştirilmiştir.

Katılımcılar cihazı 20 dakika boyunca sürekli takmıştır. Analiz için EMG güç spektrumunun median frekansı (MDF) ve ortalama frekansı (MNF) kullanılmıştır.

Kaynak içi tutarsızlıkların teknik özeti

• Ana model metninde 1,75 m ve 76,7 kg “healthy U.S. male” olarak verilirken antropometrik tabloda “US Male” 90,3 kg ve “Healthy Male” 76,6 kg olarak ayrılmıştır.
• Ek A, model parametrelerini “average male subject (169 kg, 1.75 m)” için verilmiş olarak tanımlar. 169 kg değeri ana metindeki temel vücut kütleleriyle uyuşmaz.
• Rotasyon çalışma alanı sonuç bölümünde birleşik olarak %50,5'e kadar örtüşme şeklinde ifade edilirken tartışmada dış rotasyon %26,7, iç rotasyon %80,3 olarak ayrı değerlerle açıklanır.
• Dinamik yük yöntemi “altı farklı kütle” ifadesini kullanırken Tablo 8, yüksüz alüminyum test kolu dahil yedi toplam kütle koşulu listeler.
• İnsan deney protokolündeki bir cümlede 0,8 Hz'den 1,0 Hz'e çıkıldıktan sonra “1,2 Hz'e geri dönüldü” ifadesi kullanılmıştır; aynı bölümdeki deney düzeni 0,8 → 1,0 → 1,2 → 1,0 → 0,8 Hz biçimindedir.
• Statik yük testinde sistem arızası üç koşulla tanımlanırken tartışma bölümünde “daha önce tartışılan dört kriter” ifadesi bulunmaktadır.

Temel yöntemsel sınırlılıklar

• İnsan deneyine yalnız beş sağlıklı erkek katılmıştır.
• Katılımcılar deney sırasında yürümemiştir.
• Kollar tamamen pasif tutularak en yüksek yardım gereksinimi senaryosu test edilmiştir.
• Prototip tek taraflıdır.
• Dış omuz rotasyonunda belirgin hareket kısıtı vardır.
• 20 dakikalık deney uzun dönem giyilebilirlik değerlendirmesi değildir.
• Uzun dönem mekanik dayanıklılık henüz araştırılmamıştır.
• Klinik popülasyonda rehabilitasyon etkisi değerlendirilmemiştir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Design and Feasibility Assessment of a Prototype Wearable Upper-Limb Device for Facilitating Arm Swing Training

Yazarlar: Ali Faeghinejad, Liam Hawthorne, Babak Hejrati.

Yazar sırası: Kaynaktaki sıra aynen korunmuştur.

Eş birinci / eş katkı: Kaynakta eş birinci veya eş katkı beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Babak Hejrati.

Kurum: Biorobotics & Biomechanics Laboratory, Mechanical Engineering Department, University of Maine, Orono, Maine, ABD.

Kaynak türü: Hakemli deneysel araştırma makalesi; giyilebilir rehabilitasyon robotu tasarımı, mekanik modelleme, prototip doğrulama ve sağlıklı insan üzerinde uygulanabilirlik çalışması.

Dergi: Actuators.

Yayınevi: MDPI.

Bibliyografik künyesi: Actuators 2026, 15(1), 27.

Makale numarası: 27.

DOI: 10.3390/act15010027.

Resmî yayın bağlantısı:https://doi.org/10.3390/act15010027

Gönderim tarihi: 22 Ekim 2025.

Revizyon tarihi: 13 Aralık 2025.

Kabul tarihi: 24 Aralık 2025.

Yayın tarihi: 3 Ocak 2026.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Finansman: National Science Foundation, grant 2145177.

Etik kurul: Çalışmanın Helsinki Bildirgesi'ne uygun yürütüldüğü ve University of Maine Institutional Review Board tarafından onaylandığı belirtilmektedir. Kaynakta onay bilgisi “IRB 15 April 2019” biçiminde verilmiştir.

Bilgilendirilmiş onam: Araştırmaya katılan bütün kişilerden bilgilendirilmiş onam alındığı bildirilmiştir.

Veri erişilebilirliği: Veri setinin yazarlardan talep üzerine edinilebileceği belirtilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Yazar katkıları: A.F.; insan deneyi, veri analizi, yazılım simülasyonu ve gözden geçirme/düzenleme. L.H.; cihaz tasarımı, statik ve dinamik yük deneyleri, veri analizi ve ilk taslak. B.H.; kavramsallaştırma, danışmanlık, finansman edinimi ve gözden geçirme/düzenleme.

Bilimsel içerik sınırı: Bu Verianla yazısındaki tork değerleri, transmisyon verimlilikleri, çalışma alanı, hareket frekansları, insan deneyleri, istatistiksel sonuçlar, EMG bulguları ve mekanik tasarım ayrıntıları incelenen temel çalışmaya dayanmaktadır. Bibliyografik kimlik doğrulaması dışında dış kaynaklardan yeni deneysel veya klinik bulgu eklenmemiştir.

Temel yorum sınırı: Çalışma bir uygulanabilirlik ve prototip değerlendirmesidir. İnsan deneyleri yalnız beş sağlıklı erkek katılımcıyla, ayakta ve kollar pasif durumda yapılmıştır. Cihazın yürüyüş sırasında kol salınımını değiştirebildiği, nörolojik rehabilitasyon sağladığı veya klinik sonuçları iyileştirdiği bu çalışma tarafından gösterilmemiştir.

Kaynak içindeki önemli tutarsızlıklar

• Antropometrik temel vücut kütlesi ana metindeki 76,7 kg, duyarlılık analizindeki 76,6 kg “Healthy Male” ve 90,3 kg “US Male” değerleri arasında farklı biçimlerde tanımlanmaktadır.
• Ek A'daki “169 kg, 1.75 m average male subject” ifadesi ana metindeki antropometrik değerlerle uyuşmamaktadır.
• Omuz iç/dış rotasyon çalışma alanına ilişkin birleşik %50,5 ifadesi ile tartışmadaki ayrı %26,7 dış ve %80,3 iç rotasyon değerleri aynı şekilde sunulmamaktadır.
• Dinamik deney anlatısı altı farklı kütleden söz ederken tablo, başlangıç alüminyum kolu dahil yedi toplam kütle koşulu göstermektedir.
• Frekans protokolündeki “1,2 Hz'e geri dönüldü” ifadesi deneyin kademeli artış dizisiyle dilsel olarak uyuşmamaktadır.
• Statik sistem arızası yöntemde üç ölçütle tanımlanmasına rağmen tartışmada dört kriterden söz edilmektedir.