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 « exoskeleton » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «exoskeleton» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • فربد فرزاد، فرزاد چراغ پور سموتی*
    مکانیزم ها و ربات های پوشیدنی برای ارتقا عملکرد انسان و به فرم بدن طراحی می شوند و هدف از طراحی آنها کمک به انسان در تعامل بهتر با محیط در انجام وظایف تعریف شده است. ارتقا عملکرد فرد می تواند شامل خستگی کم تر در انجام فعالیت، محافظت در مقابل آسیب های جسمی حاصل از کارهای سنگین، ظرفیت حمل بار بیشتر توسط فرد و یا سرعت بالاتر در اجرای حرکات باشد. مکانیزم رباتیک اسکلت خارجی بالاتنه اوبر (UBER) به عنوان یک مکانیزم آسان پوش، انعطاف پذیر و قابل تنظیم برای جلوگیری از آسیب های معمول، بیماری های عضلانی، اسکلتی، نخاعی و مفاصل طراحی شده است. هدف از طراحی این ربات کمک حرکتی برای یک کارگر ماهر، اجرای وظایف تخصصی مانند عملیات مونتاژکاری در یک خط تولید در مدت زمان نسبتا زیاد، با خستگی کمتر می باشد و همچنین به راحتی از ابزارهای مورد نیاز خود استفاده کند. تحلیل های تنش و کرنش انجام شده با بارگذاری 5 کیلوگرم، نشان می دهد که بازو علاوه بر تحمل وزن دست کاربر، قابلیت جابجایی بار را نیز تا 3 کیلوگرم دارا می باشد. با توجه به گستره حرکتی ربات طراحی شده و تعداد درجات آزادی آن، استفاده از این ربات در دراز مدت موجب حفظ سلامتی اسکلتی کارگر ماهر شده و بدین ترتیب با کاهش هزینه های سلامت نیروی کار، بهره وری تولید را ارتقا خواهد داد.
    کلید واژگان: ربات پوشیدنی, اسکلت خارجی, بالاتنه, ربات همیار, طراحی ربات}
    Farbod Farzad, Farzad Cheraghpour Samavati *
    Wearable mechanisms and robots are designed to improve human performance and body shape, and their design aims to help humans interact better with the environment. By using this human-connected mechanism, it is possible to help disabled people in more appropriate performance of movement activities such as walking, sitting and standing up, as well as in lifting objects that they are normally unable to lift. Improving a person's performance can include less fatigue in performing activities, protection against physical injuries resulting from heavy work, a person's capacity to carry more load, or a higher speed in performing movements. The upper body exoskeleton robotic mechanism (UBER) is designed as an easy-to-wear, flexible and adjustable mechanism to prevent common injuries, musculoskeletal, spinal and joint diseases. The purpose of developing this mobility aid robot for a skilled worker is to perform specialized tasks such as assembly operations in a production line in a relatively long period of time, with less fatigue and also to use the tools he needs easily. The stress and strain analysis performed with a load of 5 kilograms shows that the arm, in addition to bearing the weight of the user's hand, can also move a load of up to 3 kilograms. Considering the range of motion of the designed robot and the number of degrees of freedom, using this robot in the long term will maintain the skeletal health of the skilled worker, thus increasing production efficiency by reducing labor health costs.
    Keywords: Wearable robot, Exoskeleton, Upper body exoskeleton, assistive robot, Robot design}
  • 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}
  • مرتضی احمدی کرمانشاهی، فرزاد چراغپور سماواتی*، علی غفاری
    در این مقاله طرحی از یک ربات اسکلت خارجی پایین تنه، بمنظور حمایت از افراد کم توان در فرآیند راه رفتن ارایه شده است. نخست مدل مفهومی ربات ارایه شده , سپس مدل دینامیکی از سیستم مکانیکی ربات برای اندام پایین تنه ارایه شده است. بمنظور شبیه سازی دینامیکی، مدل از کتیا به محیط سیم مکانیکز منتقل شده است؛ در محیط شبیه سازی اطلاعات سیستم اعمال شده و فرآیند کامل گام زدن در یک سیکل حرکتی شبیه سازی گردیده است؛ در ادامه به طراحی یک کنترلر تلفیقی برای سیستم پرداخته ایم. در انتهای فرآیند نیروها و گشتاورهای مفصلی وارد بر ربات محاسبه گردیده اند.
    کلید واژگان: ربات برون پوش, اسکلت خارجی, توانبخشی, طراحی}
    Morteza Ahmadi Kermanshahi, Farzad Cheraghpour *, A. Ghaffari
    In the nearly six decades, exoskeletons have progressed from the stuff of science fiction to nearly commercialized products. In addition, the main part in usage of these robots in the medical sciences and particularly for the rehabilitation, specially disabled and elderly people is to help them to do their basic routine activities like walking, sitting and etc. This article represents the design process of a lower limb exoskeleton robot for helping disable people in gait cycle. First, the conceptual design of 7 Degrees of Freedom (DoFs) robot, consist of 3-DoFs in each leg and 1-DoF in hip joint, is presented. Then the dynamic modeling of mechanical system is shown by Lagrange Method. In addition to producing an optimized mechanical model of the exoskeleton, it was necessary to ensure the strength of each component. So that after the force analyzing of the robot components which are designed for the lower limb extremities, the physical output information of the modeling software (CATIA) is used as the dynamic model input and also in order to obtain motion equation in the gait cycle always needed to choose an appropriate coordinate for simulating closer to reality. In continuation of discussion a combined controller is designed to investigate its performance. Finally the system results are shown the maximum torque of 1st joint is 32 N.m, the 2nd joint is 13 N.m and the 3rd joint is 3 N.m. The maximum torques lead to select the suitable actuator for each link of robot.
    Keywords: Exoskeleton, lower limb extremity, rehabilitation, force analyzing}
  • 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}
  • فایزه عظیمی پیرسلطان، سجاد ازگلی*، مجید محمدی مقدم

    دست انسان اندام حرکتی پیچیده ای است. عواملی مانند سکته مغزی می تواند عملکرد دست را مختل کند. این بیماران در انجام دادن فعالیت های روزانه استقلال فردی را از دست می دهند. تعامل انسان با ربات موجب پیدایش دستگاه های جدیدی به منظور توان افزایی شده است. هدف از اجرای پژوهش حاضر طراحی و ساخت یک نمونه اولیه مفهومی ربات پوشیدنی قابل حمل است. این ربات به منظور استفاده در فعالیت های روزمره بیمارانی که توانایی اکستنشن (باز شدن) دست خود را از دست داده اند طراحی شده است. از جمله چالش های این حوزه می توان به هزینه بالا به دلیل استفاده از عملگرهای و حسگرهای متعدد برای کنترل اشاره نمود. با افزایش تعداد قطعات به کار رفته در ساخت وسیله، وزن نهایی آن بالا رفته و عملا قابلیت حمل نخواهد داشت. با توجه به اهمیت قابل حمل بودن و نیاز کاربر برای استفاده طولانی از ربات، در اینجا اجزای مکانیزم با وزن کم طراحی شده اند. در مکانیزم ارایه شده، به پایین ترین مفصل چهار انگشت دست، هم زمان و تنها با یک عملگر الکتریکی گشتاور اعمال می شود و در نتیجه، انگشتان باز می شوند. سیستم انتقال نیرو با الگوگرفتن از تاندون های دست، به کمک تغییر طول کابل طراحی گردید. به دلیل اغتشاشات و غیر خطی بودن سیستم، کنترل مد لغزشی با هدف کمینگی خطا طراحی گردید. نتایج کنترل به ازای زاویه خروجی دلخواه مطلوب نشان داد که زاویه مفصل به زاویه طراحی همگراست و خطا به صفر میل می کند. نتایج خوب عملی، همچنین کم بودن هزینه و وزن نهایی نمونه اولیه ساخته شده، حاکی آن است که پژوهش قابلیت توسع ه پذیری دارد.

    کلید واژگان: سکته مغزی, اسکلت خارجی, دست, ربات پوشیدنی}
    Faezeh Azimi, Sajad Ozgoli*, Majid M. Moghaddam

    Hands are complex moveable organs of the human body. some reasons such as stroke can cause the hands disordering. These patients have problem doing their daily routines. Communication between human and robots lead to inventing devices to improving ability. This paper aims to design and prototype a portable wearable robot. This robot has been designed to facilitate the daily routines of patients who are not able to extend their hands. Researchers are facing challenges like high cost due to numerous actuators and innumerous sensors used to control the system. As the number of elements used to build the device increase, the ultimate weight of the device, also, grows, and practically it loses portability. According to the importance of portability of the robot and the need for long-term use by the user, device components with less weight are designed in this work. In this regard, in the introduced mechanism, a torque is applied to the lowest metacarpophalangeal joints simultaneously by only one electric operator; therefore, fingers are opened. The power transmission system is inspired from the hand tendon with the help of the cable length changes. Because of disturbances and nonlinearity of the system, sliding mode controller to minimize the error is designed. The results demonstrate that the joint angle converges to the desired angle, and the error tends to zero. Good results of the practical test, in addition to being low cost, and weight imply that we can trust the extensibility of this project.

    Keywords: stroke, exoskeleton, hand, wearable robot}
  • 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}
  • 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}
  • سیده مرضیه سید آقامیری*، حسن ظهور
    با توجه به اهمیت درمان های توانبخشی وجود ربات پوشیدنی احساس می شود . در این مقاله به طراحی یک ربات کمک حرکتی پرداخته شده است که متشکل از یک مکانیزم شش میله ای می باشد. این مکانیزم دارای یک درجه آزادی می باشد و برای انجام حرکت رادیال/ اولنار مچ دست مورد استفاده قرار می گیرد و به صورت موازی با بدن شخص حرکت می کند. طراحی ربات به گونه ای است که ابعاد ربات متناسب با دست بیمار خواهد بود و همچنین حرکت طبیعی دست را فراهم می کند.
    کلید واژگان: ربات پوشیدنی, حرکت رادیال, اولنار, مکانیزم شش میله, توانبخشی}
    Seyede Marziyeh Seyed Aghamiri *, Hasan Zohoor
    Due to the various injuries that because of exercise or stroke occur to people and require rehabilitation treatments the presence of a wearable robot is important. In this paper, assistive robot is designed that consists of a six-bar mechanism. This mechanism has one degree of freedom and is used to perform radial /ulnar movement of the wrist and moves in the form of parallel with the person's body. The design of the robot is somehow that the dimensions of the robot are proportional to the patient's hand, and also provides the natural movement of the hand and helps the patient to perform movements until his recovery .At first by doing the experimentation the direction of movement for doing the radial /ulnar motion was obtained and then the appropriate mechanism was selected and in terms of Kinematics and dynamics have been studied and the accuracy of the obtained equations is evaluated.
    Keywords: Exoskeleton, radial, ulnar movement, six- bar mechanism, rehabilitation}
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده *، محمود مزارع
    اغتشاشات خارجی و نامعینی های داخلی با دامنه نامعلوم و همچنین وجود اتصال بین بدن انسان و ربات از مشکلات عمده در کنترل و پایداری ربات های اسکلت خارجی است. کنترل کننده مد لغزشی، یک روش مقاوم برای مقابله با اغتشاشات و نامعینی ها با دامنه معلوم سیستم است. یکی از معایب این کنترل کننده، وجود پدیده چترینگ است که برای کاهش اثرات این پدیده از لایه مرزی استفاده می شود. در این حالت نه تنها پدیده چترینگ به طور کامل حذف نمی شود، بلکه خاصیت مقاوم بودن کنترل کننده نیز کاهش می یابد. در این مقاله به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت های با دامنه نامعلوم سیستم و همچنین مقابله با پدیده چترینگ به عنوان عامل اساسی در افزایش انرژی مصرفی و کاهش سرعت همگرایی سیستم، از روش کنترل بهینه مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی استفاده شده است. مدل دینامیک برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه دوپا با درنظرگرفتن چهار عملگر روی مفاصل ران و زانوی پاهای چپ و راست به کمک روش لاگرانژ استخراج شده است. به منظور دستیابی به عملکرد بهینه، پارامترهای کنترل کننده با کمینه کردن معیار خطای ITAE و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، با استفاده از الگوریتم جست وجوی هارمونی تعیین شده اند. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با عملکرد کنترل کننده های بهینه مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی و مد لغزشی معمولی مقایسه شده که نتایج بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه نسبت به دیگر کنترل کننده های طراحی شده است.
    کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی دوپا| مدل سازی دینامیکی| کنترل مد لغزشی مرتبه بالا| کنترل تطبیقی| الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی}
    M. Mokhtari, M. Taghizadeh *, M. Mazare
    External disturbances and internal uncertainties with an unknown range, as well as the connection between the human body and robot, are major problems in control and stability of exoskeleton robots. In order to deal with disturbances and uncertainties with the known range of the system, the sliding mode controller is used as a robust approach. The chattering phenomenon is one of the drawbacks of sliding mode controller, which boundary layer is employed to reduce the effects of this phenomenon. In this case, not only the chattering phenomenon is not completely eliminated, but the robust characteristics of the controller are mitigated. In this paper, in order to cope with the disturbances and uncertainties with unknown range, and guard against chattering as a key ingredient of excessive energy consumption and convergence rate reduction, optimal adaptive high-order super twisting sliding mode control has been applied. The dynamic model of a lower limb exoskeleton robot is extracted using the Lagrange method in which four actuators on the hip and knee joints of the left and right legs are considered. To achieve optimal performance, controller parameters are determined using Harmony Search algorithm by minimizing an objective function consisting of ITAE and control signal rate. The proposed controller performance is compared with optimal adaptive supper twisting sliding mode and optimal sliding mode controllers which shows the superiority of the optimal adaptive high-order sliding mode controller rather than other designed controllers.
    Keywords: Exoskeleton, Dynamic modeling, High-order Sliding mode control, Adaptive control, HSA}
  • سیدحمیدرضا حیدری، برهان بیگ زاده*
    ست رباتیکی انسان نما به دلیل گستره کاربرد از جمله اکتشافات فضایی، پزشکی، نظامی و غیره همواره یکی از موضوعات مورد علاقه محققان در چند دهه اخیر بوده است. این مقاله در زمینه طراحی مکانیزم راندن انگشتان پنجه های رباتیکی و همچنین انگشتان اگزواسکلتون طرح ریزی و به گونه ای طراحی شده است که علاوه بر سبک و قابل حمل بودن بتواند حرکاتی مشابه انگشت دست انسان را انجام دهد. در این راستا، مطالعه ای روی آناتومی انگشت دست انسان بالغ و سینماتیک آن قبل از توضیح و اجرای طرح پیشنهادی انجام گرفته است تا به وسیله آن روابط موجود بین بندهای دیستال، میانی و پروگزیمال انگشت دست استخراج شود. در گام بعد، تئوری و روابط ریاضی حاکم بر محل استقرار غلاف ها و تاثیر آن روی زاویه خمشی مفاصل براساس مکانیزم کوپل کننده ارایه و بیان شده است. در مرحله ی بعد، با توجه به توابع به دست آمده در بخش سینماتیک و روابط ریاضی سیستم کوپل کننده یک مدلی از انگشت رباتیکی با خصوصیات مطرح شده در نرم افزار آدامز مدل سازی شده است. در گام بعد پس از لینک کردن این نرم افزار با نرم افزار متلب نتیجه حاصل از روابط موجود بین مفاصل انگشت شبیه سازی شده استخراج و بحث شده است. در گام آخر با توجه به نتایج شبیه سازی نمونه ای با استفاده از پرینتر سه بعدی مطابق با مکانیزم پیشنهادی ساخته و ارایه شده است.
    کلید واژگان: اگزواسکلتون, مکانیزم کوپل کننده, تاندون, غلاف, نرم افزار آدامز}
    S.H. Heidary, B. Beigzadeh*
    Anthropomorphic robotic hand has always been one of the interesting topics for researchers in recent decades due to its application range, including space exploration, medicine, military, etc. In this paper, a new plan is designed to drive exoskeleton fingers and by means of which the fingers can not only mimic human-like movements, but also be lightweight and portable. In this way, before implementation of the new plan, the anatomy of index finger and related kinematic were studied to give a hand to the extraction of angle relationships among distal, middle, and proximal phalanges. In upcoming step, theories, and mathematical relations about replacing sheaths and its influence on bending joints, based on the coupling mechanisms, were explained and applied clearly. Additionally, considering extracted relationships and equations in prior section, a new model of robotic finger with mentioned properties was simulated in MSC ADAMS software. In following step, after linking the software with Matlab, the results of the simulation and comparing them with human finger in the configuration and generation of humanoid movements were discussed. In the last step, according to simulation results, an example was constructed and presented, using a 3D printer in accordance with the proposed mechanism.

    Keywords: Exoskeleton , Coupling mechanisms , Tendon , Sheath , MSC ADAMS software}
  • 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}
  • علی طاهری فر، غلامرضا وثوقی *، علی سلک غفاری
    امروزه ربات های پوشیدنی به عنوان یک ابزار کارآمد در تمرینات توانبخشی و کمک به بیماران کم توان توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. یکی از اصلی ترین ویژگی های ربات های پوشیدنی، تعامل نرم و سازگار با بیمار می باشد. استفاده از عملگرهای سری -الاستیک ضمن تحقق این ویژگی مهم، قابلیت های دیگری نظیر اندازه گیری و کنترل گشتاور را نیز فراهم می کنند. روش های کنترل گشتاور پیشین، عمدتا از یک حلقه داخلی موقعیت و یک حلقه بیرونی نیرو بهره می برند. در این تحقیق ضمن استفاده از این دو حلقه تو در تو، دینامیک موتور و سیستم انتقال قدرت نیز در طراحی کنترلر استفاده شده است. در این مقاله ابتدا، پارامترهای فنر سری-الاستیک، عملگر و لینک های ربات شناسایی شده اند. بر این مبنا دو کنترلر گشتاور مدل-مبنا یکی بر مبنای فرمان سرعت و دیگری بر مبنای فرمان جریان طراحی و ارائه شده است. بر خلاف روش های پیشین، کنترلرهای پیشنهادی برای هر دو حالت خروجی آزاد (امپدانس صفر) و خروجی قفل استخراج شده و آنالیز پایداری سیستم برای دو حالت ذکر شده بطور مجزا ارائه شده است. در نهایت نتایج مقایسه ای تست تجربی بر روی ربات پوشیدنی دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده است. نتایج تست تجربی این دو کنترلر نشان می دهد، دقت ردیابی گشتاور بر مبنای جریان و سرعت به ترتیب برابر 1.2 به 0.2 نیوتن متر می باشد.
    کلید واژگان: کنترل گشتاور, عملگر سری الاستیک, اگزواسکلتون, شناسایی سیستم}
    Ali Taherifar, Gholamreza Vossoughi *, Ali Selk Ghafari
    Nowadays the exoskeleton, known as a useful device in robotic rehabilitation and elderly assistance, has been attracted the attention of many researches. One of the most important feathers of the exoskeleton robots are the compliant interaction with patient. The Series Elastic Actuators (SEA) not only interact with human compliantly but also provide several advantaged such as torque measurement and torque control. The pervious researches have used an inner position loop and an outer force loop. In this paper, the motor and power transmission model is also integrated in the controller design. In this paper, the parameters of the SEA, motor and links are identified firstly. Then, two model-based torque control is designed and introduced based on the velocity and current commands. In contrast to previous researched, the controller is proposed for the locked and free condition and the Lyapunov stability analysis is presented. Finally, the experimental validation test on the Sharif lower limb exoskeleton is presented for these controller. The experimental results of the controller show that the accuracy of torque control based on the current and velocity is 1.2 and 0.2 N.m, respectively.
    Keywords: Torque Control, Series Elastic Actuator, Exoskeleton, System Identification}
  • مجید محمدی مقدم، علی اکبر میرزایی صبا

    توان بخشی پا روی تردمیل با استفاده از نگه دارنده ی وزن بدن، روشی است که برای مقابله با آسیب های عصبی مانند صدمه به نخاع توصیه شده است. در نوشتار حاضر، به منظور خودکارسازی این روش ربات جدیدی ارائه شده که در آن با در نظرگرفتن معیارهایی چون اینرسی پایین اجزای ربات، برگشت پذیری، امکان بازخورد نیرو،... و نیز اعمال روش های کنترلی امکان مشارکت بیمار در توان بخشی فراهم می شود. برای کنترل مشارکتی از روش کنترل امپدانس استفاده شده است و برای تامین برگشت پذیری و بازخورد نیرو، عملگرهای سری الاستیک در ساختار ربات به کار رفته است. همچنین ربات با ایمنی بالا و درجات آزادی مطابق با راه رفتن انسان طراحی شده است. الگوریتم راه رفتن ابتدا روی یک پای مصنوعی و سپس روی یک انسان سالم آزمون شده است. این آزمون ها نشان می دهد که ربات برای اعمال الگوریتم راه رفتن و فراهم آوردن مشارکت بیمار از توانایی کافی برخوردار است.

    کلید واژگان: توان بخشی, آموزش روی تردمیل, اسکلت خارجی, اینرسی, برگشت پذیری}
    M. M. MOGHADDAM, A. MIRZAIE SABA

    Gait rehabilitation using body weight support on a treadmill is a recommended rehabilitation technique for neurological injuries, such as spinal cord injuries. Over the last few years, the use of robots in gait rehabilitation has been considered. The robots can substitute physiotherapy training, and are particularly suitable when the exercise is very intensive. Moreover, robots can reduce therapist intensity and the exercise time can be increased. This paper introduces a new robotic orthosis for the automation of treadmill training. The robot design basis is body weight supported treadmill training (BWSTT). In doing So, a part of the body weight is balanced using a supporting system. Then, the patient is placed on the treadmill and the walking algorithm is applied to the leg using an exoskeleton to perform the rehabilitation exercises. In the design, many criteria such as the low inertia of robot components, backdrivability, high safety, and degrees of freedom, based on human walking, are considered. This robot is composed of a leg exoskeleton for leg control and a segment for pelvis control. In the exoskeleton, two degrees of freedom are considered for the hip joint and one degree of freedom for the knee joint and two degrees of freedom are considered for the pelvis. Different tests are designed to investigate the performance of the robot. Measuring the inertia of this robot reveals that it exhibits less resistive forces compared to other existing rehabilitation robots. Furthermore, different walking algorithms of a healthy human are applied to the robot with an artificial leg on a treadmill. Primitive tests, with artificial legs and healthy humans, indicate that the robot has enough capability of fulfilling the walking algorithms. It can be concluded that the presented robot has the necessary design criteria, such as suitable degrees of freedom, low inertia and high safety, and so, is suitable for use in gait rehabilitation exercises.

    Keywords: Rehabilitation, treadmill training, exoskeleton, inertia, backdrivability}
  • A Selk Ghafari *, A Meghdari, G.R Vossoughi
    Dynamic modeling of the lower extremity exoskeletons for assisting paraplegic patient’s mobility has been addressed in this paper. Three distinct phases which manifests to three different dynamic models have been identified for anterior-posterior motion analysis. Design of the proper actuators to compensate the inertial effects of the exoskeleton, joint stiffness and damping torques are estimated using uncertainty analysis. Simulation results show that the anthropometric design of the assistive system was achieved when the mass and inertia of the exoskeleton leg segments are increased up to 60% of the corresponding human leg segments. A dynamic model based on CGA data employing neuro-fuzzy inference system with an optimum distribution of the membership functions and minimum fuzzy rule bases was introduced for control purposes
    Keywords: Lower-extremity, Exoskeleton, paraplegic, Dynamic, Uncertainty, ANFIS}
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