طراحی و پیاده‌سازی کنترلر یاری‌گر پسخور خروجی فازی برای یک ربات اسکلت خارجی زانو با عملگر الاستیک سری

Abstract

استفاده از عملگرهای الاستیک سری در ربات­های 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 ارائه و پیاده­سازی شده است تا افراد دارای ضعف عضلانی بتوانند با استفاده از این ربات حرکات خود را بازیابی نمایند. هدف اصلی کنترلر ارائه شده اصلاح پاسخ دینامیکی سیستم کوپل انسان-ربات می­باشد. به عبارت دیگر، کنترلر ارائه شده رابطه بین گشتاور اعمال شده خالص توسط ماهیچه انسان و برآیند حرکت زاویه­ای زانو را به گونه­ای تنظیم می­کند تا یاری­گری موثر ایجاد شود. در این روش که مستقل از قصد بیمار است، سنسورهای کمتری نسبت به سایر روش­ها استفاده شده است. همچنین، ضرایب کمتری برای تنظیم دارد که این ضرایب با استفاده از منطق فازی نوع صفر تاکاگی-سوگینو-کانگ محاسبه می­شوند. عملکرد ربات ساخته شده اس­یو­تی-نی­اگزو (SUT-KneeExo) و کنترلر ارائه شده، بر روی یک فرد ارزیابی شده است. نتایج شبیه­سازی و ارزیابی عملی نشان می­دهد ربات اسکلت خارجی به خوبی توانسته است دامنه سیگنال­های الکترومایوگرافی را کاهش دهد که به معنی یاری­رسانی در حین حرکت است. همچنین، مقایسه الگوریتم ارائه شده با حالت­های غیریاری شده، کنترل یاری­گر بر مبنای شکل­دهی انتگرال ادمیتانس و کنترل یاری­گر فیدبک خروجی نشان می­دهد که الگوریتم ارائه شده عملکرد بهتری دارد. به عبارت دیگر، در الگوریتم ارائه شده دامنه ادمیتانس انتگرالی بیشتر و اختلاف فاز کمتر شده است.