به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "ربات اسکلت خارجی" در نشریات گروه "مکانیک"

تکرار جستجوی کلیدواژه «ربات اسکلت خارجی» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • مونا سادات اشرفی، مصطفی نظری*، ناصرالدین سپهری، مسعود مهدی زاده رخی، پارسا صمیمی، متین عطارچی

    استفاده از عملگرهای الاستیک سری در ربات های 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 ارایه و پیاده سازی شده است تا افراد دارای ضعف عضلانی بتوانند با استفاده از این ربات حرکات خود را بازیابی نمایند. هدف اصلی کنترلر ارایه شده اصلاح پاسخ دینامیکی سیستم کوپل انسان-ربات می باشد. به عبارت دیگر، کنترلر ارایه شده رابطه بین گشتاور اعمال شده خالص توسط ماهیچه انسان و برآیند حرکت زاویه ای زانو را به گونه ای تنظیم می کند تا یاری گری موثر ایجاد شود. در این روش که مستقل از قصد بیمار است، سنسورهای کمتری نسبت به سایر روش ها استفاده شده است. همچنین، ضرایب کمتری برای تنظیم دارد که این ضرایب با استفاده از منطق فازی نوع صفر تاکاگی-سوگینو-کانگ محاسبه می شوند. عملکرد ربات ساخته شده اس یو تی-نی اگزو (SUT-KneeExo) و کنترلر ارایه شده، بر روی یک فرد ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی و ارزیابی عملی نشان می دهد ربات اسکلت خارجی به خوبی توانسته است دامنه سیگنال های الکترومایوگرافی را کاهش دهد که به معنی یاری رسانی در حین حرکت است. همچنین، مقایسه الگوریتم ارایه شده با حالت های غیریاری شده، کنترل یاری گر بر مبنای شکل دهی انتگرال ادمیتانس و کنترل یاری گر فیدبک خروجی نشان می دهد که الگوریتم ارایه شده عملکرد بهتری دارد. به عبارت دیگر، در الگوریتم ارایه شده دامنه ادمیتانس انتگرالی بیشتر و اختلاف فاز کمتر شده است.

    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, روش کنترلی پسخور خروجی فازی, کنترل یاری گر, ادمیتانس انتگرالی
    Mona Sadat Ashrafi, Mostafa Nazari*, Naserodin Sepehry, Masoud Mahdizadeh Rokhi, Parsa Samimi, Matin Attarchi

    The series elastic actuators make more comfort in the use of assistive exoskeletons. In this paper, an assistive controller is designed for a series-elastic-actuator-driven knee exoskeleton to restore normative mobility of individuals with weak muscles. The main target of the proposed controller is to modify the dynamics performance of the coupled human-exoskeleton system. In other words, the proposed controller modifies the relationship between the net muscle torque exerted by the human and the resulting angular motion. There are fewer sensors in the proposed intent-independent method relative to other methods. Moreover, there are less controller coefficients to regulate where these coefficients are extracted from a type zero Takagi-Sugeno-Kang fuzzy system. The performance of the controller is evaluated by simulations and experiments. The amplitude of the EMG signals decreased in a healthy person worn the SUT-KneeExo. Moreover, the proposed algorithm has a better performance in comparison with integral admittance shaping mothed and output feedback assistive controller. In other words, the amplitude of the integral admittance is more and the phase lag is less than other methods.

    Keywords: Exoskeleton Robot, Fuzzy output feedback control method, Assistive control, Integral admittance
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع

    ایجاد مسیرهای مرجع و توانایی تعقیب مسیرهای ایجاد شده در حضور اغتشاشات و عدم قطعیت ها از مسایل مهم در بررسی عملکرد ربات اسکلت خارجی می باشد. یکی از روش های طراحی مسیر ربات های راه رونده الگوریتم تولید الگوی مرکزی می باشد. این الگوریتم به صورت چرخه حدی رفتار می کنند و اغتشاشات وارده را به سرعت از سیستم حذف کرده و مسیرهای موزونی را ایجاد می کند. در این مقاله برای ایجاد مسیرهای مرجع هر یک از مفاصل ربات از ترکیب هفت عدد نوسانگر هپفیلد اصلاح شده با قابلیت تغییر در مشخصه های فرکانس و دامنه راه رفتن استفاده شده است. اصلاح برخط مسیرهای مرجع مفاصل ربات به کمک سیگنال خطای بازخوردی بین محل نقطه گشتاور صفر مطلوب و نقطه گشتاور صفر ربات در هر لحظه انجام شده است. به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت ها با دامنه نامعلوم سیستم و دستیابی به حداکثر کارایی در تعقیب مسیرهای مرجع ربات، از کنترل-کننده تطبیقی مد لغزشی دینامیکی سریع ترمینالی با قابلیت حذف پدیده چترینگ و همگرایی زمان محدود استفاده شده است. همچنین با حرکت لینک کمر حداکثر پایداری حرکت ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر ایجاد شده است. برای دستیابی به بهترین عملکرد، پارامترهای کنترل کننده، ضرایب نوسانگرها و اتصال بین آن ها بهینه شده اند. عملکرد روش ارایه شده با کنترل کننده مد لغزشی مقایسه شده است که نتایج برتری روش ارایه شده را نشان داده است.

    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل کننده تطبیقی مد لغزشی دینامیکی سریع ترمینالی, الگوریتم تولید الگوی مرکزی, نوسانسازهای هپفیلد, معیار پایداری نقطه گشتاور صفر
    Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare

    The Creation of reference trajectories and the ability to track them in the presence of disturbances and uncertainties are important issues in investigating the exoskeleton performance. One of the methods of trajectory planning is the central pattern generation algorithm. This algorithm will behave in a limit cycle and the temporal disturbances have quickly removed the system and create harmonious trajectories. In this paper, for the creation of reference trajectories of each joint, a combination of seven modified Hopfield oscillators is used which provides the ability to change the frequency and domain of walking. Online modification of robot joint reference trajectories is done by using the feedback error signal between desired zero momentum point and zero momentum point of the robot at any moment. In order to cope with the disturbances and uncertainty with the uncertain domain and achieve maximum efficiency in tracking robot reference trajectories, an adaptive dynamic fast terminal sliding mode controller is used due to the elimination of chattering phenomena, and finite-time convergence. Also, by moving the Upper link the maximum stability of the robot based on zero momentum point criterion is guaranteed. To achieve maximum performance, controller parameters, oscillator coefficients, and connections between them are optimized. Finally, the performance of the proposed method is compared with a sliding mode controller. The results demonstrate the superiority of the proposed method.

    Keywords: Exoskeleton, Adaptive Dynamic Fast Terminal Sliding Mode Controller, Central Pattern Generation, Hopfield Oscillator, Zero Momentum Point Stability Theory
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع

    در این مقاله، کنترل فعال تحمل پذیر عیب زمان محدود بر مبنای روش کنترل تطبیقی پسگام غیرتکین مد لغزشی ترمینال سریع انتگرالی به منظور کنترل یک ربات اسکلت خارجی پایین تنه در حضور عیب عملگر ارایه شده است. برای شناسایی و ایزوله کردن عیب عملگر، از روییت گر مد لغزشی فراپیچشی مرتبه سوم استفاده شده است. برای حذف پدیده چترینگ در کنترل مد لغزشی معمولی، الگوریتم مد لغزشی فراپیچشی بکار گرفته شده است که منجر به همگرایی زمان محدود و دقت بالا در ردیابی مسیرهای مرجع می شود. ترم پسگام این کنترل کننده نیز پایداری عمومی بر اساس معیار لیاپانوف را تضمین خواهد کرد. همچنین از حرکت لینک کمر برای ایجاد پایداری بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر استفاده شده است. برای دستیابی به پایداری حداکثری ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر، کمترین خطا در تعقیب مسیرهای مطلوب مفاصل ربات و افزایش قابلیت سیستم در تحمل عیب عملگر، پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی، پارامترهای مسیر مطلوب بالاتنه و پارامترهای رویتگر به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده است. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با عملکرد کنترل کننده مد لغزشی معمولی با و بدون حلقه تشخیص عیب مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی برتری کنترل کننده پیشنهادی را در حضور عیب عملگر نسبت به کنترل کننده های دیگر نشان می دهد.

    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل کننده تطبیقی مقاوم, کنترل تحمل پذیر عیب, نقطه گشتاور صفر
    Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare

    In this paper, finite-time active fault tolerant control based on adaptive back-stepping nonsingular fast integral terminal sliding mode control is proposed to control a lower limb exoskeleton in the presence of actuator fault. In order to detect, isolate and accommodate the actuator fault, a third-order super twisting sliding mode observer is used. To eliminate the chattering of conventional sliding mode, supper twisting sliding mode algorithm is applied, which leads to finite-time convergence and high precision in tracking the desired trajectories. Back-stepping term guarantees global stability based on Lyapunov theory. Upper limb motion is used to provide stability to robot's motion based on zero-moment point criterion. In order to attain maximum stability based on zero-moment point, minimize error in tracking the desired trajectories, increase the tolerance of the controller against actuator fault, controller, observer and upper limb trajectory parameters are optimally tuned based on harmony search algorithm. Performance of the proposed controller is compared with the performance of sliding mode controller with/without fault information. Simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller in the presence of actuator fault, uncertainty and disturbance in comparison with sliding mode controller.

    Keywords: Exoskeleton, Adaptive Robust Controller, Fault Tolerant Control, Zero Moment Point
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع

    اغتشاش و عدم قطعیت با دامنه نامعلوم یکی از مهمترین عواملی است که عملکرد صحیح ربات های اسکلت خارجی را با مشکل مواجه کرده است. یکی از روش های کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی بوده که با بکارگیری لایه مرزی به منظور مقابله با پدیده چترینگ، عملکرد مقاوم آن تضعیف می شود. برای مقابله با این مشکل، الگوریتم های کنترلی مرتبه بالا مانند مد لغزشی فراپیچشی پیشنهاد شده که بدون در نظر گرفتن لایه مرزی، پدیده چترینگ را تا حدودی کاهش می دهند. در این مقاله، یک کنترل کننده مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی بهینه برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه پیشنهاد شده است که در آن متغیر لغزشی و مشتقات آن به صورت پیوسته در حضور اغتشاش محدود با دامنه نامعلوم به سمت صفر میل می کنند. همچنین مسیر مطلوب مفصل بالا تنه ربات به گونه ای تعیین شده است که در هر لحظه پایداری ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر حاصل شده است. به منظور دستیابی به حداکثر پایداری و کمترین خطا در تعقیب مسیرهای مطلوب مفاصل ربات، پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی و پارامترهای مسیر مطلوب بالا تنه، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده است. به منظور اعتبارسنجی ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس ورودی های کنترلی به مدل استخراج شده از نرم افزار آدامز اعمال شده است. در نهایت عملکرد دو کنترل گننده با هم مقایسه شده است که نتایج بیانگر برتری روش کنترلی پیشنهادی نسبت به کنترل کننده مد لغزشی بهینه را نشان داده است.

    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل تطبیقی, کنترل مد لغزشی فراپیچشی, الگوریتم سرچ هارمونی, معیار نقطه گشتاور صفر
    Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare

    Disturbance and bounded uncertainty are the most important factors which can be degrade efficient performance of the lower limb exoskeleton. While sliding mode control is a robust control approach against such disturbances, however, by applying the boundary layer in spite of chattering phenomenon, robust performance becomes feeble. In order to overcome this drawback, high order sliding mode algorithms like supper twisting has been proposed in which, chattering phenomenon is mitigated by eliminating the boundary layer. In this paper, an adaptive supper twisting sliding mode control is proposed for a lower limb exoskeleton robot in which the sliding variable and its derivative tend to zero continuously in presence of the disturbance and bounded uncertainty. In addition, the desired trajectory of the upper limb is determined so that in each moment the stability of the robot is guaranteed based on zero momentum point criterion. To achieve maximum stability and minimum error in tracking of the desired trajectories, the controller parameters and the upper limb desired trajectory parameters are optimized using the Harmony Search algorithm. Robot is modeled in ADAMS and then control inputs are applied to the Adams model. Finally, Performance of two controllers is compared. Simulation results reveal the performance of the proposed controller is better than the optimal sliding mode controller.

    Keywords: Exoskeleton, Adaptive control, Super-twisting sliding mode control, HSA algorithm, ZMP
  • میثم اسفندیارفر، بهروز رحمانی*، عباس دهقانی

    بیماری های اسکلتی-عضلانی ناشی از حمل بار سنگین در کارگران بسیار شایع است که بر سلامتی کارگران و بازدهی کار تاثیر منفی دارد. در این راستا، ایده طراحی ربات اسکلت خارجی پیشنهاد شده است. این ربات مشابه یک لباس بر بدن کاربر پوشیده شده و موازی با بدن، شخص را همراهی و کمک می نماید تا نیروهای وارد بر عضلات حساس بدن در مشاغل صنعتی را کاهش دهد. در این مقاله، روش کنترلی جبران ساز توزیع یافته موازی جهت اعمال بر یک ربات اسکلت خارجی چهار درجه آزادی میان تنه ارایه می شود. در ابتدا، معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم استخراج می گردد و با توجه به ماهیت غیرخطی سیستم، کنترل کننده ی جبران ساز توزیع یافته موازی با رهیافت خطی سازی تاکاگی-ساژینو طراحی می شود. پاسخ سیستم حلقه بسته این کنترل کننده در محیط سیمولینک نرم افزار متلب مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل نشان می دهد که رهیافت خطی سازی تاکاگی-ساژینو به صورت دقیق سیستم غیرخطی را تخمین می زند و همچنین کنترل کننده ی پیشنهادی، به ره گیری مناسب و پاسخ حلقه بسته ی مطلوب منجر می شود.

    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل کننده جبران ساز توزیع یافته موازی, رهیافت تاکاگی-ساژینو
    Meysam Esfandiarfar, Behrooz Rahmani *, Abbas Dehghani

    Musculoskeletal disorders caused by heavy workloads are very common in workers, which negatively affects workers' health and productivity. In this regard, the idea of designing an exoskeleton robot is proposed. This robot is similar to a dress which worn on the user's body and parallels the body, accompanying and helping the person. In this paper, the parallel distributed compensation control method is proposed to be applied to a four degrees of freedom exoskeleton waist robot. Initially, the dynamical equations governing the system are extracted. According to the nonlinear nature of the system, the parallel distributed compensator controller is designed with a Takagi-Sugeno linearization approach. The closed loop system response of this controller is investigated in the Simulink environment of the MATLAB software. The results show that the Takagi-Sugeno linearization approach accurately estimates the nonlinear system, and also the proposed controller perfectly intercepts the optimal closed loop response

    Keywords: Exoskeleton Robot, Parallel Distributed Compensation Controller, Takagi-Sugeno Approach
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع
    مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت های سیستم و همچنین تعقیب مسیرهای مرجع از اساسی ترین مسائل در کنترل ربات های اسکلت خارجی پایین تنه است. از کنترل کننده های مقاومی که در کنترل ربات های اسکلت خارجی می توان از آن استفاده کرد، کنترل کننده PID مد لغزشی (PIDSMC) است. این کنترل کننده با تعریف سطح لغزش کنترل کننده مد لغزشی بر مبنای کنترل کننده PID حاصل شده و از مهم ترین  مشکل ات کنترل کننده PIDSM وجود پدیده چترینگ است. برای حذف پدیده چترینگ در کنترل کننده PIDSM از یک لایه مرزی در اطراف سطح لغزش استفاده می شود. در این حالت نه تنها پدیده چترینگ به طور کامل حدف نمی شود بلکه میزان مقاومت کنترل کننده نیز کاهش می یابد. در این مقاله برای حذف پدیده چترینگ و افزایش مقاومت سیستم از کنترل کننده PID مد لغزشی فراپیچشی (STPIDSM) استفاده شده است. در این حالت کنترل کننده ذاتا و بدون تعریف لایه مرزی، پدیده چترینگ را با حفظ مقاومت سیستم کاهش می دهد. همچنین به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت های با دامنه نامعلوم سیستم، روش تطبیقی کنترل فعال نیرو به عنوان حلقه اصلاحی ورودی کنترلی با کنترل کننده STPIDSM ترکیب شده است. در روش کنترل فعال نیرو، ورودی کنترلی در هر لحظه بر مبنای تخمین ممان اینرسی لینک های ربات اصلاح می شود. برای دستیابی به حداکثر کارآیی، پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی به کمک روش بهینه سازی جستجوی هارمونی به صورت بهینه تعیین شده اند. عملکرد روش کنترلی ارائه شده با کنترل کننده STPIDSM بهینه مقایسه شده است. نتایج حاصل، بیانگر کاهش سه معیار خطای ITAE، ITASE و IASE برای روش کنترلی پیشنهادی به ترتیب به میزان 39، 48 و 66% نسبت به کنترل کننده STPIDSM است.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل کننده PID, کنترل کننده مد لغزشی فراپیچشی, کنترل فعال نیرو
    M. Mokhtari, M. Taghizadeh*, M. Mazare
    Reference trajectory tracking and guarding against system disturbances and uncertainties are the important factors in the realm of lower limb exoskeleton robots control. Sliding mode PID is one of the robust controllers, which has a sliding manifold in the form of the PID controller. Chattering is the substantial predicament of the PIDSMC so that boundary layer around the sliding manifold is applied to eliminate the phenomenon. In this step, not only the chattering phenomenon is not eliminated but the robustness of the controller is also mitigated. In this study, supper twisting PID sliding mode controller (STPIDSMC) was used to eradicate the chattering phenomenon and enhancing controller robustness. The STPIDSMC robustness is protected indigenously and without defining the boundary layer, and the chattering phenomenon is reduced. Furthermore, to meet the external disturbances and uncertainties with unlimited amplitude, adaptive active force control method is combined by STPIDSMC as a modifying input control loop. In the active force control approach, the control input is online modified based on the estimation of moment inertia of the robot links. In order to accomplish maximum performance, control parameters were optimized using harmony search algorithm. In the optimal state, the performance of the proposed controller has been compared with PIDSMC and STPIDSMC that revealed the priority of the proposed controller rather than other controllers. The results indicate that the three error criteria, ITAE, ITASE, and IASE experience significant reduction about 39, 48, and 66 percent respectively compared to STPIDSM.
    Keywords: Exoskeleton, PID Controller, Super-Twisting Sliding Mode Control, Active Force Controller
  • رحمان اردکانیان، دکتر علیرضا اکبرزاده توتونچی*
    این مقاله یک رویه جامع برای طراحی عملگرهای الاستیک سری را جهت استفاده در مفاصل فعال ربات های اگزواسکلتون یاری گر ارائه می کند. در این رویه، پارامتر سفتی فنر بر اساس دو معیار اساسی انتخاب می شود تا کلیه نیازهای حرکتی انسان را برآورده کند. اولین معیار، فراهم کردن پاسخ فرکانسی مطلوب برای عملگر متناسب با نیازهای حرکتی انسان می باشد. دومین معیار نیز، عدم آسیب رسیدن به اجزاء عملگر در حین ضربه و برخورد می باشد. پس از تعیین مقدار مطلوب سفتی فنر، ساختمان فنر به گونه ای انتخاب شده است که ضمن اشغال کمترین فضا، از استحکام مکانیکی کافی برخوردار بوده و سفتی موردنظر را در عمل ایجاد کند. فنر طراحی شده، به همراه موتور و گیربکس در یک ماژول تعبیه شده است تا در مفاصل فعال ربات های اگزواسکلتون استفاده شود. طراحی ماژول به گونه ای صورت گرفته است که برداشتن فنر به راحتی امکان پذیر بوده و امکان استفاده از مجموعه موتور و گیربکس به صورت یک عملگر صلب نیز به سادگی مهیا باشد. ملاحظات صورت گرفته در بهینه سازی فنر و طراحی ماژول، یک عملگر الاستیک سری بسیار فشرده را ایجاد کرده است که قابلیت استفاده در انواع حرکت انسان مانند بالا و پایین رفتن از پله، نشست وبرخاست و راه رفتن را داراست.
    کلید واژگان: عملگر الاستیک سری, ربات اسکلت خارجی, فنر پیچشی فشرده, بهینه سازی, تاگوچی
    R. Ardakanian, A.R. Akbarzadeh Tootoonchi *
    This paper presents a comprehensive process of designing series elastic actuators to be used in active joints of assistive exoskeleton robots. In this process, the stiffness parameter of torsional spring is selected based on two main criteria to satisfy all the requirements of human motions. The first criterion is an appropriate frequency response for the actuator, according to human motion needs. The second criterion is to provide a sufficient protection of actuator hardware against collision and impact. By determining the desired value for the stiffness parameter, spring architecture is designed to have sufficient mechanical strength and provide the desired stiffness in practice while occupying a minimum space. Along with motor and gearbox, the designed spring is assembled in a module to be used in active joints of exoskeleton robots. The module is designed in a way that the spring can be detached easily and the motor and gearbox can be used as a stiff actuator as well. The considerations in the optimization of the spring and in the design of the module has led to a very compact series elastic actuator which can be used in different human motions such as stair ascend and descend, sit to stand and walking.
    Keywords: Series Elastic Actuator, Exoskeleton, Compact Torsional Spring, Optimization, Taguchi
  • جعفر کاظمی، سجاد ازگلی*
    ربات اسکلت خارجی پایین تنه یکی از فناوری های کمک حرکتی می باشد که پیشرفت های زیادی در سال های اخیر داشته است. یکی از اساسی ترین مباحث در طراحی این ربات ها، تعیین الگوی گام برداری می باشد. در ربات های اسکلت خارجی موجود معمولا از الگوی گام از پیش ثبت شده توسط انسان سالم برای ربات استفاده می شود. این روش دارای محدودیت هایی از جمله اشغال حجم ذخیره سازی داده و عدم تنظیم مناسب الگوی گام در پارامترهای گام برداری مختلف می باشد. بنابراین استفاده از مدل های ریاضی برای راه رفتن با ربات های اسکلت خارجی ضروری است. تاکنون مدل های ریاضی ساده ای برای گام برداری انسان سالم و همچنین ربات های انسان نما ارائه شده است. ولی به دلیل محدودیت های جسمانی بیماران استفاده کننده از ربات اسکلت خارجی، استفاده از این مدل ها خطر اعمال گشتاور غیرطبیعی و به دنبال آن آسیب به مفاصل بیمار و همچنین موتورهای ربات را در پی دارد. در این مقاله محدودیت های موجود در قالب قیدهای ریاضی در نظر گرفته شده و مدل های ریاضی مناسبی برای موقعیت مفاصل بر اساس این قیدها ارائه شده است. سپس با داشتن معادلات سینماتیک معکوس، الگوی گام مطلوب در قالب زوایای مفاصل بدست آمده است. پارامترهای موجود در مدل ارائه شده شامل طول، ارتفاع و سرعت گام برداری و همچنین طول ساق و ران کاربر می باشد. مدل ارائه شده بر روی ربات اکسوپد پیاده شده است که رضایت کاربران عملکرد خوب مدل ارائه شده را تایید می کند.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, الگوی گام برداری, ربات دوپا, کنترل
    Jafar Kazemi, Sadjaad Ozgoli *
    Lower extremity exoskeleton a motion assistive technology, has been developed in recent years. Generation of gait pattern is a fundamental topic in design of these robots. A usual approach in most of exoskeletons is to use a pre-recorded pattern used as look up table. There are some deficiencies in this method, including data storage limitation and poor regulation according to walking parameters. Therefore, it is required to modeling human walking pattern to use in exoskeletons. There are simple models for walking of healthy person and humanoid robots. Nevertheless, using these models may cause injury to joints of the patient or damage to robot motors due to physical limitation of the user’s body. In this paper, the physical limitations are represented as mathematical constraints. Considering these constraints, appropriate models are proposed for position of the joints. Then, inverse kinematics equations are used to generate joints angles. In this work, the model parameters consist of stride length and height, walking speed and length of user thigh and shin. The performance of the model is evaluated by implementing on Exoped robot. Satisfaction and convenience of the users demonstrates the good performance of the model.
    Keywords: Exoskeleton, Human Gait, Biped Robot, Control
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده *، محمود مزارع
    در این مقاله یک کنترل کننده نیروی فعال ترکیبی مقاوم بهینه بر مبنای الگوریتم جستجوی هارمونی برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه طراحی شده است. معادلات دینامیکی به روش لاگرانژ با در نظر گرفتن سه عملگر روی مفاصل ران، زانو و قوزک به منظور تعقیب یک مسیر مشخص استخراج شده است. عدم هماهنگی حرکات و تبادل نیرو بین ربات با بدن انسان که به صورت اغتشاش به ربات اعمال می شود از جمله مشکلات عمده ربات های اسکلت خارجی می باشد. به منظور کاهش اثر اغتشاش و افزایش دقت، از ترکیب کنترل فعال نیرو (حلقه اصلاحی ورودی کنترلی) با کنترل موقعیت به عنوان روشی کارآمد و مقاوم استفاده می شود. در روش کنترل فعال نیرو، برای استخراج ورودی کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات اعمال شده، ممان اینرسی لینک های رابط در هر لحظه با مینیمم کردن معیار خطای ITAE و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی تخمین زده شده و بر مبنای تخمین حاصل، ورودی کنترلی اصلاح می شود. برای حلقه کنترل موقعیت نیز دو کنترل کننده مد لغزشی وخطی سازی پسخورد طراحی شده است. به منظور اعتبارسنجی، ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و ورودی کنترلی حاصل از کنترل کننده های نیرو و موقعیت طراحی شده به مدل استخراجی از آدامز اعمال شده است. برای مقایسه منطقی، پارامترهای کنترلی با الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده و سپس عملکرد کنترل کننده های موقعیت در حالت ترکیبی و معمولی (بدون حلقه کنترل نیرو) با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی ترکیبی ارائه شده نسبت به دیگر کنترل کننده های فوق می باشد.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, مدل سازی دینامیکی, کنترل مد لغزشی, کنترل فعال نیرو, الگوریتم جستجوی هارمونی
    Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare
    In this paper, an optimal robust hybrid active force controller based on Harmony Search Algorithm is designed for a lower limb exoskeleton robot. Dynamic equations are derived using Lagrange method by considering three actuators on the hip, knee and ankle joints to track a specific trajectory. One of the major problems of exoskeleton robots is non-synchronization of movements and transfer of power between the robot and human body which affects the robot in form of disturbance. In order to mitigate the effect of disturbances and increase precision, combination of active force control (Corrective loop of control input) with position control is used as an effective and robust method. In the active force control, to elicit robust input control against disturbances, the moment of inertia of the links is estimated at each instant by minimizing the Criteria of ITAE and the control input rate, using the Harmony Search algorithm and the control input is modified. Also, two controllers are designed for the position control loop using sliding mode and feedback linearization methods. In order to validate the performance of the designed controllers, the robot is modeled in ADAMS and control inputs are applied to the Adams model. For appropriate comparison, all control parameters are optimized using the harmony search algorithm and then performance of position controllers are compared in hybrid and conventional (without the force control loop). Results indicate the outperforming of the hybrid sliding mode controller rather than to the other designed controllers.
  • ایمان کاردان، علیرضا اکبرزاده*
    رباتهای اسکلت خارجی یاریگر دسته ای از رباتهای پوشیدنی هستند که در هنگام انجام حرکات مختلف، بخشی از نیروی مورد نیاز کاربر را تامین میکنند. در نتیجه، کاربر با صرف نیروی کمتری حرکات مورد نظر را انجام خواهد داد. الگوریتمهای کنترلی مختلفی برای رباتهای اسکلت خارجی یاریگر پیشنهاد شده و تاثیر آنها بر عملکرد کاربران مورد ارزیابی قرار گرفته است. نویسندگان مقاله حاضر اخیرا یک روش کنترلی جدید، با نام الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی، را برای رباتهای اسکلت خارجی با عملگرهای الاستیک سری ارائه کرده اند. این روش به تعداد بسیار کمی حسگر نیاز داشته، مستقل از نیت کاربر بوده و دارای یک ساختار ساده و غیر مبتنی بر مدل میباشد. در این مقاله، تاثیر الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی بر افزایش چالاکی کاربران مورد ارزیابی قرار گرفته است. یک ربات فیزیوتراپ زانو به عنوان ربات اسکلت خارجی تک مفصله در نظر گرفته شده است. با اتصال یک عملگر الاستیک سری به ربات و پیاده سازی الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی، چالاکی کاربر در یک آزمایش تعقیب هدف بررسی شده است. زاویه مطلوب و واقعی زانو توسط دو نشانگر بر روی یک صفحه نمایش به کاربر نشان داده شده و از کاربر خواسته شده است که با حرکت دادن پای خود، موقعیت مطلوب را تعقیب نماید. دقت کاربر در تعقیب هدف با تکرار آزمایش در دو حالت یاری شده و یاری نشده، اندازه گیری و مقایسه شده است. نتایج آزمایشها به خوبی تاثیر الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی را بر افزایش چالاکی کاربر تایید میکند.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی, چالاکی
    Iman Kardan, Alireza Akbarzadeh*
    Assistive exoskeletons are a category of wearable robots that provide a portion of the forces, required by users in performing different motions. Hence, the users will be able to perform the motions with less effort. Hitherto, different control algorithms for assistive exoskeletons are proposed and their various effects on the users’ performance are evaluated. Recently, the authors of the present paper have proposed a new control method, called output feedback assistive controller, for compliantly actuated exoskeletons. This method is independent from user’s intent, requires a very low number of sensors and possesses a simple model-free structure. This paper evaluates the effect of the output feedback assistive controller on the agility of the users. A knee physiotherapy robot is considered as a single joint exoskeleton. Connecting a series elastic actuator to the robot and implementing the output feedback assistive controller, the agility of the user is evaluated in a target following experiment. Two markers are displayed on a monitor to represent the actual and desired knee angles for the user. The user is asked to follow the desired angles by moving his/her leg. The accuracy of the user in following the target is measured and compared in two assisted and unassisted cases. The results clearly verify the positive effect of the output feedback assistive controller on increasing the user’s agility.
    Keywords: Exoskeleton robots, Output feedback assistive controller, AGILITY
  • کاوه کمالی، علی اکبر اکبری، علیرضا اکبرزاده
    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 تاییدشد. 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 اکس-پی-سی تارگت در نرم افزار متلب 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.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, برخاستن از روی صندلی, پیشبینی مسیر, مسیرهای بنیادین دینامیکی, کنترل کننده حالت لغزشی نمایی
    Kaveh Kamali, Ali Akbar Akbari, Alireza Akbarzadeh
    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.
    Keywords: Exoskeleton Robot, Sit, to, stand Movement, Trajectory Prediction, Dynamic Movement Primitives, Exponential Sliding Mode Controller
  • محمد مهدی عطایی، حسن سالاریه، آریا الستی
    ربات اسکلت خارجی در سال های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. آرزوی دیرینه محققان دست یابی به وسیله ای است که به صورت پوششی حول بدن انسان قرار گیرد و با عملگرهای قدرتمندش، توانایی او را چندین برابر کند. هماهنگی کامل حرکات ربات با بدن پیچیدگی اصلی تکنولوژی آن را شکل می دهد. روش کنترل امپدانس برای کنترل این نوع ربات مناسب است ولی بیان های موجود از کنترل امپدانس بیشتر مخصوص ربات های صنعتی است که تفاوت های مهمی با ربات مورد نظر دارد. در این مقاله بیانی از روش کنترل امپدانس متناسب با شرایط عملکرد ربات اسکلت خارجی معرفی می گردد. به علاوه با توجه به متغیر بودن محموله ربات همچنین بروز خطا در اندازه گیری نیروی محل تماس بدن با ربات، برای اولین بار روشی تطبیقی برای کنترل امپدانس ربات اسکلت خارجی پیاده سازی می شود. شبیه سازی عملکرد این وسیله در تبعیت از حرکت راه رفتن کاربر حین حمل بار 50 کیلوگرمی و وجود عدم قطعیت در بار و نیروی تماسی، کارآیی بسیار خوب روش ارائه شده را نشان می دهد. به طوری که خطای پیروی ربات از حرکت مطلوب در طول زمان شبیه سازی تقریبا صفر است. همچنین گشتاورهای وارد بر اعضای پا و تنه کاربر ناچیز می باشد.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, کنترل امپدانس, کنترل تطبیقی, عدم قطعیت
    Hassan Salarieh
    Exoskeleton robot has attracted attention of many researchers because it realizes an old aspiration to attain a machine which is worn by man and maximizes his might via its powerful actuators. Thorough coordination between robot movements and that of user constitutes the greatest complexity of exoskeleton technology. Investigations showed that impedance control (IC) is suitable for this application but the present forms of IC are mostly dedicated to industrial robots which have significant differences with exoskeleton. In this article a versatile form of IC for the mentioned application is developed. Besides، according to perpetual uncertainties in load and measured force signals، for the first time an adaptive method for IC of exoskeleton robot is implemented. Simulating operation of robot in tracking user''s walking motion while carrying a load of 50 (Kg) and with uncertainties in load and measured forces، proves efficiency of the proposed control method. Tracking error during simulation is almost zero and torques needed at interfaces are immaterial.
    Keywords: exoskeleton robot, impedance control, adaptive control, uncertainty
  • حسن سالاریه، مجمد مهدی عطایی، آریا الستی
    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 موید 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.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی, معادلات دینامیک نیوتن, اولر, سیکل گیت, کنترل امپدانس
    Hassan Salarieh
    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 doesnt 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.
    Keywords: exoskeleton robot, Newton, Euler dynamic equations, gate cycle, impedance control
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال