جستجو در:
دوره 22، شماره 8 - ( مرداد 1401 )
جلد 22 شماره 8 صفحات 553-541 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Ashrafi M S, Nazari M, Sepehry N, Mahdizadeh Rokhi M, Samimi P, Attarchi M. Design and implementation of a fuzzy output feedback assistive controller for a series-elastic-actuator-driven knee exoskeleton. Modares Mechanical Engineering 2022; 22 (8) :541-553
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-51295-fa.html
URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-51295-fa.html
اشرفی مونا سادات، نظری مصطفی، سپهری ناصرالدین، مهدی زاده رخی مسعود، صمیمی پارسا، عطارچی متین. طراحی و پیادهسازی کنترلر یاریگر پسخور خروجی فازی برای یک ربات اسکلت خارجی زانو با عملگر الاستیک سری. مهندسی مکانیک مدرس. 1401; 22 (8) :541-553
مونا سادات اشرفی1 
، مصطفی نظری* 2، ناصرالدین سپهری1 ، مسعود مهدی زاده رخی1 ، پارسا صمیمی1 ، متین عطارچی1
، مصطفی نظری* 2، ناصرالدین سپهری1 ، مسعود مهدی زاده رخی1 ، پارسا صمیمی1 ، متین عطارچی1
1- دانشگاه صنعتی شاهرود
2- دانشگاه صنعتی شاهرود ،nazari_mostafa@shahroodut.ac.ir
2- دانشگاه صنعتی شاهرود ،
چکیده: (1570 مشاهده)
استفاده از عملگرهای الاستیک سری در رباتهای اسکلت خارجی باعث افزایش سطح راحتی در کاربران شده است. در این مقاله برای یک ربات اسکلت خارجی زانو که مجهز به یک عملگر الاستیک سری است، کنترلری ارائه و پیادهسازی شده است تا افراد دارای ضعف عضلانی بتوانند با استفاده از این ربات حرکات خود را بازیابی نمایند. هدف اصلی کنترلر ارائه شده اصلاح پاسخ دینامیکی سیستم کوپل انسان-ربات میباشد. به عبارت دیگر، کنترلر ارائه شده رابطه بین گشتاور اعمال شده خالص توسط ماهیچه انسان و برآیند حرکت زاویهای زانو را به گونهای تنظیم میکند تا یاریگری موثر ایجاد شود. در این روش که مستقل از قصد بیمار است، سنسورهای کمتری نسبت به سایر روشها استفاده شده است. همچنین، ضرایب کمتری برای تنظیم دارد که این ضرایب با استفاده از منطق فازی نوع صفر تاکاگی-سوگینو-کانگ محاسبه میشوند. عملکرد ربات ساخته شده اسیوتی-نیاگزو (SUT-KneeExo) و کنترلر ارائه شده، بر روی یک فرد ارزیابی شده است. نتایج شبیهسازی و ارزیابی عملی نشان میدهد ربات اسکلت خارجی به خوبی توانسته است دامنه سیگنالهای الکترومایوگرافی را کاهش دهد که به معنی یاریرسانی در حین حرکت است. همچنین، مقایسه الگوریتم ارائه شده با حالتهای غیریاری شده، کنترل یاریگر بر مبنای شکلدهی انتگرال ادمیتانس و کنترل یاریگر فیدبک خروجی نشان میدهد که الگوریتم ارائه شده عملکرد بهتری دارد. به عبارت دیگر، در الگوریتم ارائه شده دامنه ادمیتانس انتگرالی بیشتر و اختلاف فاز کمتر شده است.
نوع مقاله: پژوهشی اصیل |
موضوع مقاله:
مکاترونیک
دریافت: 1400/1/13 | پذیرش: 1400/9/6 | انتشار: 1401/5/10
دریافت: 1400/1/13 | پذیرش: 1400/9/6 | انتشار: 1401/5/10
فهرست منابع
1. [1] J. Carol Culpepper, Merriam‐Webster Online: The Language Center, Electron. Resour. Rev. 4 (2000) 9-11. [DOI:10.1108/err.2000.4.1_2.9.11]
2. [2] J.E. Pratt, B.T. Krupp, C.J. Morse, S.H. Collins, The RoboKnee: An exoskeleton for enhancing strength and endurance during walking, Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom. 2004 (2004) 2430-2435.
https://doi.org/10.1109/ROBOT.2004.1307425 [DOI:10.1109/robot.2004.1307425.]
3. [3] L.E. Miller, A.K. Zimmermann, W.G. Herbert, Clinical effectiveness and safety of powered exoskeleton-assisted walking in patients with spinal cord injury: Systematic review with meta-analysis, Med. Devices Evid. Res. 9 (2016) 455-466.
https://doi.org/10.2147/MDER.S103102 [DOI:10.2147/MDER.S103102.]
4. [4] R. Ghaddar, A.S.M. Mohammad, A Review of Lower Limb Exoskeleton Assistive Devices for Sit-to-Stand and Gait Motion, Int. J. Curr. Eng. Technol. 9 (2019) 105-111.
5. [5] T. Yan, M. Cempini, C.M. Oddo, N. Vitiello, Review of assistive strategies in powered lower-limb orthoses and exoskeletons, Rob. Auton. Syst. 64 (2015) 120-136.
https://doi.org/10.1016/j.robot.2014.09.032 [DOI:10.1016/j.robot.2014.09.032.]
6. [6] R.S. Mosher, Handyman to Hardiman, SAE Tech. Pap. (1967).
https://doi.org/10.4271/670088 [DOI:10.4271/670088.]
7. [7] L. Zhang, G. Liu, B. Han, Z. Wang, H. Li, Y. Jiao, Assistive devices of human knee joint: A review, Rob. Auton. Syst. 125 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.robot.2019.103394 [DOI:10.1016/j.robot.2019.103394.]
8. [8] D. Shi, W. Zhang, W. Zhang, X. Ding, A Review on Lower Limb Rehabilitation Exoskeleton Robots, Chinese J. Mech. Eng. (English Ed. 32 (2019).
https://doi.org/10.1186/s10033-019-0389-8 [DOI:10.1186/s10033-019-0389-8.]
9. [9] S. Sirawattanakul, W. Sanngoen, Review of upper limb exoskeleton for rehabilitation and assistive application, Int. J. Mech. Eng. Robot. Res. 9 (2020) 752-758.
https://doi.org/10.18178/ijmerr.9.5.752-758 [DOI:10.18178/ijmerr.9.5.752-758.]
10. [10] B. Kalita, J. Narayan, S.K. Dwivedy, Development of Active Lower Limb Robotic-Based Orthosis and Exoskeleton Devices: A Systematic Review, Int. J. Soc. Robot. 13 (2021) 775-793.
https://doi.org/10.1007/s12369-020-00662-9 [DOI:10.1007/s12369-020-00662-9.]
11. [11] Y. Sankai, HAL: Hybrid assistive limb based on cybernics, Springer Tracts Adv. Robot. 66 (2010) 25-34.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-14743-2_3 [DOI:10.1007/978-3-642-14743-2_3.]
12. [12] H. Kawamoto, T. Hayashi, T. Sakurai, K. Eguchi, Y. Sankai, Development of single leg version of HAL for hemiplegia, Proc. 31st Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. Eng. Futur. Biomed. EMBC 2009. (2009) 5038-5043.
https://doi.org/10.1109/IEMBS.2009.5333698 [DOI:10.1109/IEMBS.2009.5333698.]
13. [13] H. Kawamoto, Y. Sankai, Power assist method based on Phase Sequence and muscle force condition for HAL, Adv. Robot. 19 (2005) 717-734.
https://doi.org/10.1163/1568553054455103 [DOI:10.1163/1568553054455103.]
14. [14] K. Kiguchi, Y. Hayashi, An EMG-based control for an upper-limb power-assist exoskeleton robot, IEEE Trans. Syst. Man, Cybern. Part B Cybern. 42 (2012) 1064-1071.
https://doi.org/10.1109/TSMCB.2012.2185843 [DOI:10.1109/TSMCB.2012.2185843.]
15. [15] J. Rosen, M. Brand, M.B. Fuchs, M. Arcan, A myosignal-based powered exoskeleton system, IEEE Trans. Syst. Man, Cybern. Part ASystems Humans. 31 (2001) 210-222.
https://doi.org/10.1109/3468.925661 [DOI:10.1109/3468.925661.]
16. [16] H.S. Cheng, M.S. Ju, C.C.K. Lin, Improving Elbow Torque Output of Stroke Patients with Assistive Torque Controlled by EMG Signals, J. Biomech. Eng. 125 (2003) 881-886.
https://doi.org/10.1115/1.1634284 [DOI:10.1115/1.1634284.]
17. [17] A.M. Khan, D. won Yun, M.A. Ali, K.M. Zuhaib, C. Yuan, J. Iqbal, J. Han, K. Shin, C. Han, Passivity based adaptive control for upper extremity assist exoskeleton, Int. J. Control. Autom. Syst. 14 (2016) 291-300.
https://doi.org/10.1007/s12555-014-0250-x [DOI:10.1007/s12555-014-0250-x.]
18. [18] N. Karavas, A. Ajoudani, N. Tsagarakis, J. Saglia, A. Bicchi, D. Caldwell, Tele-impedance based assistive control for a compliant knee exoskeleton, Rob. Auton. Syst. 73 (2015) 78-90.
https://doi.org/10.1016/j.robot.2014.09.027 [DOI:10.1016/j.robot.2014.09.027.]
19. [19] J. Huang, W. Huo, W. Xu, S. Mohammed, Y. Amirat, Control of Upper-Limb Power-Assist Exoskeleton Using a Human-Robot Interface Based on Motion Intention Recognition, IEEE Trans. Autom. Sci. Eng. 12 (2015) 1257-1270.
https://doi.org/10.1109/TASE.2015.2466634 [DOI:10.1109/TASE.2015.2466634.]
20. [20] S. Hussain, S.Q. Xie, P.K. Jamwal, Adaptive impedance control of a robotic orthosis for gait rehabilitation, IEEE Trans. Cybern. 43 (2013) 1025-1034.
https://doi.org/10.1109/TSMCB.2012.2222374 [DOI:10.1109/TSMCB.2012.2222374.]
21. [21] G. Aguirre-Ollinger, Exoskeleton control for lower-extremity assistance based on adaptive frequency oscillators: Adaptation of muscle activation and movement frequency, Proc. Inst. Mech. Eng. Part H J. Eng. Med. 229 (2015) 52-68.
https://doi.org/10.1177/0954411914567213 [DOI:10.1177/0954411914567213.]
22. [22] R. Ronsse, T. Lenzi, N. Vitiello, B. Koopman, E. Van Asseldonk, S.M.M. De Rossi, J. Van Den Kieboom, H. Van Der Kooij, M.C. Carrozza, A.J. Ijspeert, Oscillator-based assistance of cyclical movements: Model-based and model-free approaches, Med. Biol. Eng. Comput. 49 (2011) 1173-1185.
https://doi.org/10.1007/s11517-011-0816-1 [DOI:10.1007/s11517-011-0816-1.]
23. [23] K. Kamali, A.A. Akbari, A. Akbarzadeh, Implementation of a trajectory predictor and an exponential sliding mode controller on a knee exoskeleton robot, 16 (2016) 79-90.
24. [24] K. Kiguchi, T. Tanaka, T. Fukuda, Neuro-fuzzy control of a robotic exoskeleton with EMG signals, IEEE Trans. Fuzzy Syst. 12 (2004) 481-490.
https://doi.org/10.1109/TFUZZ.2004.832525 [DOI:10.1109/TFUZZ.2004.832525.]
25. [25] A.M. Khan, D.W. Yun, M.A. Ali, J. Han, K. Shin, C. Han, Adaptive impedance control for upper limb assist exoskeleton, Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom. 2015-June (2015) 4359-4366.
https://doi.org/10.1109/ICRA.2015.7139801 [DOI:10.1109/ICRA.2015.7139801.]
26. [26] A. Morbi, M. Ahmadi, A.D.C. Chan, R. Langlois, Stability-guaranteed assist-as-needed controller for powered orthoses, IEEE Trans. Control Syst. Technol. 22 (2014) 745-752.
https://doi.org/10.1109/TCST.2013.2259593 [DOI:10.1109/TCST.2013.2259593.]
27. [27] R. Baud, A.R. Manzoori, A. Ijspeert, M. Bouri, Review of control strategies for lower-limb exoskeletons to assist gait, J. Neuroeng. Rehabil. 18 (2021).
https://doi.org/10.1186/s12984-021-00906-3 [DOI:10.1186/s12984-021-00906-3.]
28. [28] W.Z. Li, G.Z. Cao, A. Bin Zhu, Review on Control Strategies for Lower Limb Rehabilitation Exoskeletons, IEEE Access. 9 (2021) 123040-123060.
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3110595 [DOI:10.1109/ACCESS.2021.3110595.]
29. [29] U. Nagarajan, G. Aguirre-Ollinger, A. Goswami, Integral Admittance Shaping for exoskeleton control, Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom. 2015-June (2015) 5641-5648.
https://doi.org/10.1109/ICRA.2015.7139989 [DOI:10.1109/ICRA.2015.7139989.]
30. [30] U. Nagarajan, G. Aguirre-Ollinger, A. Goswami, Integral admittance shaping: A unified framework for active exoskeleton control, Rob. Auton. Syst. 75 (2016) 310-324.
https://doi.org/10.1016/j.robot.2015.09.015 [DOI:10.1016/j.robot.2015.09.015.]
31. [31] I. Kardan, A. Akbarzadeh, Output feedback assistive control of single-DOF SEA powered exoskeletons, Ind. Rob. 44 (2017) 275-287.
https://doi.org/10.1108/IR-08-2016-0214 [DOI:10.1108/IR-08-2016-0214.]
32. [32] I. Kardan, A. Akbarzadeh, Robust output feedback assistive control of a compliantly actuated knee exoskeleton, Rob. Auton. Syst. 98 (2017) 15-29.
https://doi.org/10.1016/j.robot.2017.09.006 [DOI:10.1016/j.robot.2017.09.006.]
33. [33] Y. Niu, Z. Song, J. Dai, Kinematic analysis and optimization of a planar parallel compliant mechanism for self-alignment knee exoskeleton, Mech. Sci. 9 (2018) 405-416.
https://doi.org/10.5194/ms-9-405-2018 [DOI:10.5194/ms-9-405-2018.]
34. [34] Chris Kirtly, Clinical Gait Analysis: Theory and practice, Elsevier. 3 (2006) 2007. http://www.questia.com/PM.qst?a=o&docId=26347764.
35. [35] G.C. Agarwal, C.L. Gottlieb, Compliance of the human ankle joint, J. Biomech. Eng. 99 (1977) 166-170.
https://doi.org/10.1115/1.3426285 [DOI:10.1115/1.3426285.]
36. [36] D. Vélez Día, S.S. Moreno Gutiérrez, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, XIKUA Boletín Científico La Esc. Super. Tlahuelilpan. 1 (2013).
https://doi.org/10.29057/xikua.v1i1.1175 [DOI:10.29057/xikua.v1i1.1175.]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |