طراحي كنترل كننده هم يار-در صورت نياز براي توانبخشي بالاتنه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

در تمرين‌هاي توانبخشي بيماراني كه توانايي نسبي در كنترل اندام آسيب‌ديده دارند، افزايش مشاركت فعال و كاهش مداخله ربات مي‌تواند به بهبود اثربخشي درمان و ارتقاء انعطاف‌پذيري عصبي منجر شود. بر اين اساس، در سال‌هاي اخير كنترل‌كننده‌هاي «هم‌يار-در صورت نياز» براي ربات‌هاي توانبخشي توسعه يافته‌اند. با توجه به گسترش كاربرد ربات‌ها در حوزه توانبخشي و تأكيد بر نقش آن‌ها در بهبود فرآيند درمان، اين پژوهش به طراحي و ارائه‌ي سيستم كنترلي نوين با قابليت ايجاد ويژگي «هم‌ياري-در صورت نياز» در ربات‌هاي توانبخشي مربوط به بالاتنه اختصاص يافته است. در اين سيستم‌ها علاوه بر امكان وجود نامعيني در ديناميك ربات، با اضافه شدن بيمار به عنوان بخشي از سيستم با عملكرد نامعين و وجود نيروهاي تعاملي متغير بين انسان و ربات، طراحي سيستم كنترلي هوشمند پيچيدگي بيشتري دارد. بنابراين در طراحي كنترل‌كننده، عملكرد انسان شناسايي و ارزيابي شده و ميزان مداخله ربات بر اين اساس تنظيم گرديده‌است. در اين پژوهش با هدف ارائه كنترل‌كننده هم‌يار-درصورت نياز، سطحي از هوشمندي با استفاده از سه رويكرد متفاوت در سيستم كنترلي اعمال شده است. در رويكرد اول، مسئله توانبخشي به كمك ربات در قالب يك بازي مجموع-غيرصفر با دو بازيكن مدل‌ شده و به اين ترتيب يك الگوريتم كنترل بهينه تطبيقي ارائه گرديده‌است. اين روش با استفاده از شبيه‌سازي و تست عملي مورد ارزيابي قرار گرفته‌است. در اين بخش از پژوهش تست عملي با استفاده از ربات 7 درجه آزادي Franka Emika صورت گرفته‌است. در رويكرد دوم و سوم، از الگوريتم شبكه عصبي تطبيقي براي توسعه سيستم كنترلي هم‌يار-درصورت نياز در قالب مدل ادميتانس متغير، استفاده شده‌است. در اين روش‌ها به منظور شناسايي بلادرنگ نقش اشتراكي انسان، يك شاخص عملكرد نوين بر اساس توان ورودي تعاملي، طراحي شده‌است، كه در آن انسان به عنوان يك منبع پويا در انتقال انرژي مد نظر قرار مي‌گيرد. تفاوت رويكرد دوم و سوم در نحوه‌ي مواجهه با مسئله‌ي ايمني تعامل انسان و ربات است. به گونه‌اي كه در رويكرد دوم، ازطريق ارائه يك روش اصلاح شده مخزن مجازي انرژي، شرايط غيرفعال بودن سيستم تبيين شده است. در حالي‌كه در رويكرد سوم با هدف تضمين پايداري سيستم تعاملي، الگوريتم تطبيقي شبكه عصبي مبتني بر روش لياپانوف ارائه شده‌است. در اين رويكرد، قوانين تطبيق طوري طراحي شده‌اند كه پايداري سيستم و كرانداري وزن‌هاي شبكه عصبي در حضور تعاملات متغير، تضمين شود. در رويكرد دوم و سوم، به منظور ارزيابي عملكرد سيستم، تست‌هاي عملي با استفاده از ربات 7 درجه آزادي Ufactroy XArm7 انجام شده‌است. لازم به ذكر است كه در اين پژوهش توانبخشي بالاتنه به كمك ربات‌هاي متصل در نقطه انتهايي مد نظر قرار گرفته‌است. در حالي كه، اين فرض هيچ‌گونه محدوديتي براي اعمال روش‌هاي كنترلي پيشنهادي براي انواع ديگر ربات‌هاي توانبخشي ايجاد نمي‌كند.

235886

طراحي كاربردي-ديناميك، كنترل و ارتعاشات

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان