مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و پیاده سازی سخت افزاریِ پیش بینی کننده مسیر و کنترلر حالت لغزشی نمایی برای یک ربات اسکلت خارجی زانو

نویسندگان
دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله تولید مسیر، کنترل و ساخت یک ربات اسکلت خارجی زانو ارائه شده است. ربات موردنظر، با هدف کمک به حرکت برخاستن از روی صندلی برای انسانهایی که در اندام پایین تنه دچار ضعف و یا اختلال حرکتی هستند طراحی و ساخته شده است. در بخش تولیدمسیر ربات، یک روش جدید پیشنهاد شده که با استفاده ازیک کتابخانه مسیرهای از قبل آماده شده و براساس شرایط اولیه نشستن فرد، مسیر حرکت نشسته-به-ایستاده او را پیشبینی میکند. این روش از تئوری "مسیرهای بنیادین دینامیکی " برای تخمین مسیر استفاده میکند. روش پیشبینی مسیر پیشنهادی، بر روی یک کتابخانه از مسیرها که در آزمایشگاه تحلیل حرکتی انسان بدست آمده است، آزمایش شده و کارایی آن تأییدشد. در مرحله بعد، یک کنترل کننده حالت لغزشی نمایی برای هدایت ربات درامتداد مسیر پیشبینی شده، به کارگرفته شده و مجموعه تولید کننده مسیر و کنترلر بر روی ربات اسکلت خارجی مورد نظر پیاده سازی سخت افزاری شدند. برای پیادهسازی سخت افزاری از جعبه ابزار اِکس-پی-سی تارگِت در نرمافزار مَتلَب ویک کارت انتقال داده استفاده شده است. در نهایت، کارایی ربات بر روی یک فرد سالم، آزمایش شد. از فرد مورد آزمایش خواسته شد، درحالی که ربات را پوشیده است، چندین بار عمل برخاستن از روی صندلی را از شرایط اولیه نشستن متفاوت، انجام دهد. نتایج بدست آمده نشان می دهد، توانی که نیاز است فرد برای حرکت نشسته-به-ایستاده به زانوی خود اعمال کند، درحالتی که ربات اسکلت خارجی به او کمک میکند بسیار کمتر ازحالتی است که فرد ازکمک ربات استفاده نمیکند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Implementation of a Trajectory Predictor and an Exponential Sliding Mode Controller on a Knee Exoskeleton Robot

نویسندگان English

Kaveh Kamali
Ali Akbar Akbari
Alireza Akbarzadeh
چکیده English

In this article, trajectory generation, control and hardware development of a knee exoskeleton robot is provided. The robot aims to help the individuals with lower extremity weakness or disability during the sit-to-stand movement. In the trajectory generation phase, a new method is proposed which uses a library of sample trajectories to predict the sit-to-stand movement trajectory based on the initial sitting conditions of the user. This method utilizes the theory of "dynamic movement primitives" to estimate the sit-to-stand trajectory. The trajectory generation method is tested on a library of human motion data which has been obtained in a laboratory of motion analysis. In the next step, an exponential sliding mode controller is used to guide the robot along the predicted trajectory. The controller and the trajectory generator are implemented on the exoskeleton robot. For the hardware development, the xPC Target toolbox of MATLAB software and a data acquisition card was used. Finally, the robot was tested on a male adult. The subjects were asked to wear the robot while doing several sit-to-stand movements from various sitting positions. According to the results, the average power which is required to be applied by the user’s knee, is less when the exoskeletons assists him.

کلیدواژه‌ها English

Exoskeleton Robot
Sit-to-stand Movement
Trajectory Prediction
Dynamic Movement Primitives
Exponential Sliding Mode Controller