مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی دینامیکی حرکت پا در تعامل با یک عملگر نیوماتیک و شناسایی پارامترهای آن جهت توانبخشی

نویسندگان
1 عضو هیأت علمی و مدیر گروه مهندسی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد هشتگرد
2 عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان
چکیده
تعیین رفتار دینامیکی و خواص امپدانسی پا برای تعامل بیماران با دستگاه‌های توانبخشی امری ضروری است. در مدل های ساده پیشنهادی در پژوهش های پیشین، اثرات زوایای مفاصل پا بر خواص امپدانسی آن لحاظ نشده و شناسایی پارامترها با روش های غیر پارامتری صورت گرفته است که نتایج آن ها برای تحلیل‌های توانبخشی چندان مناسب نیستند. بنابراین، در این مقاله، مدل 3 درجه آزادی غیرخطی مبتنی بر مکانیزم حرکتی پا با در نظر گرفتن سفتی‌ها و میرایی‌های زاویه‌ای در مفاصل و ممان اینرسی اعضای ران، ساق و کف معرفی می شود و برای شناسایی پارامترها با روش خطای پیش بین، مدل خطی از آن ارائه می گردد. دقت خطی سازی و شناسایی جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند. برای سه نمونه با اعداد توده جرمی متفاوت، مقادیر پارامترهای بخش های پا برای چهار چیدمان مختلف که در آن پا به هنگام راه رفتن با زمین اعمال نیرو می‌کند، شناسایی می گردند. صحت نتایج از مقایسه مقادیر ممان اینرسی شناسایی شده و ممان اینرسی تخمین زده شده با مدل سازی هندسی، مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در نهایت، نحوه تعامل دستگاه توانبخشی با بیماران در چیدمان‌های چهارگانه با ملاحظه اثر صلیبت پا و اضافه وزن افراد بررسی می شود. نتایج حاصله، حاکی از دقت بالا و کارآیی مناسب مدل خطی شده در شناسایی می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamic Modeling of the Human Lower Limb Interacting with a Pneumatic Actuator and its Parameters Identification for Rehabilitation

نویسندگان English

morteza fathi 1
farid najafi 2
چکیده English

Specifying of the dynamic behavior and impedance characteristics determination of the patients’ lower limb is a necessity for interactions with rehabilitation set-up. In simple proposed models of previous researches, the effects of joint angles on the impedance properties of the leg were not considered and the parameters were identified by nonparametric methods. Hence, the results of identification were not so much appropriate to analyze the rehabilitation process. So, in this paper, a 3 DOF nonlinear dynamic model is developed regarding to the angular stiffness and damping of the lower limb joints and moment of inertia of its moving organs. Then, a linear model is presented to identify the parameters by PEM method. The linearization and identification precisions are evaluated individually. The leg’s parameters are identified for 3 subjects with different mass numbers at four distinctive configurations which are considered during the walking. The identification accuracy is evaluated by comparison between the identified and geometrically estimated mass moment of inertia. Ultimately, the interaction performance of the patients’ leg with rehabilitation pneumatic actuator is investigated considering to leg rigidity and the amount of overweight. The results demonstrate good accuracy and high performance of the linear model for parameters identification.

کلیدواژه‌ها English

3 DOF leg dynamic model
linearization
Impedance characteristics
PEM identification method