مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل دینامیک و طراحی سیستم کنترل برای ربات اسکلت خارجی پایین‌تنه

نویسندگان
1 استادیار/ دانشگاه شریف، دانشکده مکانیک
2 دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
ربات اسکلت خارجی ماشینی است دارای اعضای مشابه بدن انسان و قابل پوشیدن که به کمک عملگرهای خود قدرت شخص را افزایش می دهد. پژوهش پیش رو به مدل سازی دینامیکی و طراحی سیستم کنترل برای نوع پایین تنه این ربات پرداخته است. در مقالات موجود حداکثر بخشی از ربات با یک درجه آزادی مدل سازی و کنترل شده است که به خواننده دید مناسبی از کنترل هم زمان تمام اجزای ربات را نمی دهد. در این راستا ابتدا ساختار مناسب مشابه پروژه بلیکس دانشگاه برکلی برای ربات انتخاب و معادلات دینامیک مربوطه به صورت صفحه ای و به روش نیوتن-اولر استخراج گردید. طی آزمایشی داده های سینماتیک راه رفتن به کمک سامانه Xsens اندازه گیری و دینامیک معکوس در نرم افزار SimMechanics در کنار مدل پیاده شده در نرم افزار MATLAB شبیه سازی گردید که تطابق بالای نتایج مؤید صحت مدل بود. روش کنترل امپدانس بررسی و نکاتی اصلاحی در آن لحاظ شد که عملکرد آن را کمی بهبود بخشید. سپس ربات با استفاده از این الگوریتم کنترل گردید. بدین ترتیب سیستم پایدار شده، حرکت ربات با بهترین کیفیت از بدن تبعیت نمود. نتایج شبیه سازی نشان داد حین حمل باری به بزرگی 50 کیلوگرم، گشتاورهایی کمتر از نیم نیوتن متر در محل های تماس با ربات، به اعضای بدن کاربر وارد می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamic analysis and control system design for a lower extremity exoskeleton

نویسنده English

Hassan Salarieh 1
چکیده English

Exoskeleton is a machine composed of a wearable anthropomorphic structure which noticeably magnifies user's might via its actuators. In this research, dynamic modeling and control system design for a lower limb type of this robot were done. In the literature at most a 1 DOF part of the robot is modeled and controlled which doesn't give a good insight on how all of the robot parts are controlled simultaneously. First, a suitable structure was chosen similar to that of UC Berkeley's BLEEX project. Then dynamic equations were derived in sagittal plane using the Newton-Euler method. By an experiment using Xsens system, gate kinematics data were measured and the inverse dynamics was simulated both in SimMechanics and on the model in MATLAB that proved accuracy of the derived model. Impedance control was investigated and some corrective remarks were included in that algorithm. Using this method the robot was controlled. It stabilized the system and the robot followed user's movement exactly. While a load of 50 kilograms was carried, mostly moments of less than 1 (Nm) were applied at each interface among man and robot.

کلیدواژه‌ها English

Exoskeleton Robot
Newton-Euler dynamic equations
gate cycle
Impedance Control