مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل امپدانس مقاوم ربات با رویکرد توان‌بخشی زانو

نویسندگان
1 عضو قطب علمی رایانش نرم
2 استاد/دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله‏، از یک روش کنترل امپدانس مقاوم جدید برای ربات توان‌بخش با استفاده از استراتژی کنترل ولتاژ استفاده شده است. در روش‌های مبتنی بر راهبرد کنترل گشتاور، سیستم کنترل به دینامیک ربات و دینامیک پای بیمار وابسته می‌شود که آن نیز غیر خطی، همراه با عدم قطعیت فراوان و برای هر بیمار متفاوت است. در حالی‌که کنترل بر مبنای ولتاژ به مدل دینامیکی ربات و پای بیمار وابسته نبوده و در آن دینامیک محرکه ربات نیز در نظر گرفته می‌شود. همچنین پیاده سازی‌های عملی در زمینه‌های رباتیک، برتری کنترل بر مبنای ولتاژ را در قیاس با کنترل بر مبنای گشتاور به خوبی نشان داده‌اند. استراتژی کنترل ولتاژ در مقایسه با روش کنترل گشتاور ساده تر بوده و دارای محاسبات کمتر و عملکرد بهتر در اجرای قانون امپدانس می‌باشد. با این وجود در این استراتژی، بحث عدم قطعیت‌های مدل محرکه به عنوان یک چالش مطرح می‌شود. در روش پیشنهادی برای غلبه بر چالش عدم قطعیت‌های مدل محرکه، از یک سیستم فازی تطبیقی متناسب با روش ولتاژ استفاده شده است. همچنین، اثبات پایداری روش پیشنهادی نشان داده شده است. برای ارزیابی روش پیشنهادی، یک ربات توان‌بخش زانو با یک درجه آزادی ساخته شده است. در مرحله اول کارایی کنترل بر مبنای ولتاژ نسبت به کنترل گشتاور نشان می‌شود. در ادامه عملکرد روش پیشنهادی در حضور عدم قطعیت با روش‌های رایج کنترل بر مبنای ولتاژ مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی نشان می‌دهد، استراتژی پیشنهادی در اجرای قانون امپدانس به خوبی بر عدم قطعیت‌ها غلبه می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Robust Impedance Control for Rehabilitation Robot

نویسندگان English

Vahab Khoshdel 1
Alireza Akbarzadeh Tootoonchi 2
2 Professor-Mechanical Engineering-Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

In this study, a novel robust impedance control for a lower-limb rehabilitation robotic system using voltage control strategy is used. Most existing control approaches are based on control torque strategy, which require the knowledge of robot dynamics as well as dynamics of patients. This requires the controller to overcome complex problems such as uncertainty and nonlinearity involved in the dynamics of the system, robot and patients. Conversely, the voltage-based control approaches is free from the system dynamics. In addition, it considers the actuator dynamics. The performance of voltage-based approaches is demonstrated by experimental result in robotic applications. Compared with a torque control scheme, it is simpler, less computational and more efficient. Nevertheless, uncertainty of actuator dynamics results in challenges for the voltage control strategy applications. The present paper, presents a novel robust impedance control based on the voltage control strategy. To overcome uncertainties, the adaptive fuzzy estimator is designed based on the voltage-based strategy. The proposed control is verified by a stability analysis. To illustrate the effectiveness of the control approach, a 1-DOF lower-limb rehabilitation robot is designed. Both torque-based impedance control and the voltage-based impedance control are compared through a therapeutic exercise. It is shown that the voltage-based impedance control perform better than the traditional torque-based impedance control. Simulation and experimental results both shows that the proposed voltage-based robust impedance control is superior to voltage-based impedance control in presence of uncertainties.

کلیدواژه‌ها English

Impedance Control
Rehabilitation Robot
Robot dynamic
robust control
Adaptive fuzzy estimation