دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 19 3 2019 02 20 Optimal Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode Control of a Lower Limb Exoskeleton Robot کنترل مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه یک ربات اسکلت خارجی پایین‌تنه 777 787 10621 FA مجید مختاری گروه مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران مصطفی تقی‌زاده گروه مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران محمود مزارع گروه مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران Journal Article 1970 01 01 External disturbances and internal uncertainties with an unknown range, as well as the connection between the human body and robot, are major problems in control and stability of exoskeleton robots. In order to deal with disturbances and uncertainties with the known range of the system, the sliding mode controller is used as a robust approach. The chattering phenomenon is one of the drawbacks of sliding mode controller, which boundary layer is employed to reduce the effects of this phenomenon. In this case, not only the chattering phenomenon is not completely eliminated, but the robust characteristics of the controller are mitigated. In this paper, in order to cope with the disturbances and uncertainties with unknown range, and guard against chattering as a key ingredient of excessive energy consumption and convergence rate reduction, optimal adaptive high-order super twisting sliding mode control has been applied. The dynamic model of a lower limb exoskeleton robot is extracted using the Lagrange method in which four actuators on the hip and knee joints of the left and right legs are considered. To achieve optimal performance, controller parameters are determined using Harmony Search algorithm by minimizing an objective function consisting of ITAE and control signal rate. The proposed controller performance is compared with optimal adaptive supper twisting sliding mode and optimal sliding mode controllers which shows the superiority of the optimal adaptive high-order sliding mode controller rather than other designed controllers.<span dir="RTL"></span> <span>اغتشاشات خارجی و نامعینی‌های داخلی با دامنه نامعلوم و همچنین وجود اتصال بین بدن انسان و ربات از مشکلات عمده در کنترل و پایداری ربات‌های اسکلت خارجی است. کنترل‌کننده مد لغزشی، یک روش مقاوم برای مقابله با اغتشاشات و نامعینی‌ها با دامنه معلوم سیستم است. یکی از معایب این کنترل‌کننده، وجود پدیده چترینگ است که برای کاهش اثرات این پدیده از لایه مرزی استفاده می‌شود. در این حالت نه‌تنها پدیده چترینگ به‌طور کامل حذف نمی‌شود، بلکه خاصیت مقاوم‌بودن کنترل‌کننده نیز کاهش می‌یابد. در این مقاله به‌منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت‌های با دامنه نامعلوم سیستم و همچنین مقابله با پدیده چترینگ به‌عنوان عامل اساسی در افزایش انرژی مصرفی و کاهش سرعت همگرایی سیستم، از روش کنترل بهینه مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی استفاده شده است. مدل دینامیک برای ربات اسکلت خارجی پایین‌تنه دوپا با درنظرگرفتن چهار عملگر روی مفاصل ران و زانوی پاهای چپ و راست به‌کمک روش لاگرانژ استخراج شده است. به‌منظور دستیابی به عملکرد بهینه، پارامترهای کنترل‌کننده با کمینه‌کردن معیار خطای <span dir="LTR">ITAE</span> و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، با استفاده از الگوریتم جست‌وجوی هارمونی تعیین شده‌اند. عملکرد کنترل‌کننده پیشنهادی با عملکرد کنترل‌کننده‌های بهینه مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی و مد لغزشی معمولی مقایسه شده که نتایج بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه نسبت به دیگر کنترل‌کننده‌های طراحی شده است.<span dir="LTR"> https://mme.modares.ac.ir/article_10621_eb76c4a54e67598df815abe79dda4b97.pdf