مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

مدلسازی دینامیکی و کنترل تطبیقی ربات توانبخشی پا در حضور نویز اندازه گیری و اغتشاشات خارجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه خوارزمی، دانشکده فنی و مهندسی
10.30511/jmms.2026.2083299.1037
چکیده
ربات‌های توانبخشی سیستم های پیشرفته‌ای هستند که برای کمک به افراد آسیب دیده با ارائه حمایت هدفمند و تسهیل تمرین‌های درمانی، کمک به بهبود عملکردهای فیزیکی پس از جراحات یا اقدامات پزشکی طراحی شده‌اند. در این پژوهش به مدلسازی و طراحی کنترل کننده برای یک ربات توانبخشی پرداخته شده است. در بخش مدل سازی، ربات به صورت یک ربات سری سه درجه آزادی صفحه ای در نظر گرفته شده تا امکان تحریک مفاصل ران، زانو و مچ پا داشته باشد و با استفاده از روش اویلر-لاگرانژ مدل دینامیکی ربات استخراج شده است. همچنین با تاکید روزافزون بر توانبخشی به کمک رباتیک، نیاز به سیستم های کنترل تطبیقی برای تطبیق درمان با نیازهای فردی بیمار بسیار مهم می شود. از این رو با توجه به متغیر بودن و عدم قطعیت پارامترهای ربات از یک کنترل کننده تطبیقی استفاده شده است. همین طور با توجه به حضور نویز در داده های حسگرها و با توجه به اغتشاش های ناشی از تعامل ربات با بیمار از یک رویتگر بهره بالا برای تخمین متغیرهای حالت سیستم و از یک رویتگر اغتشاشی برای تخمین و جبران اثرات اغتشاش استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سامانه ی کنترلی طراحی شده با خطای کمتر از 05/0 رادیان ورودی مرجع را دنبال کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamic Modeling and Adaptive Control of a Lower-Limb Rehabilitation Robot in the Presence of Sensor Noise and External Disturbances

نویسندگان English

Atefe Behboodi
Ali Keymasi-Khalaji
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering
چکیده English

Rehabilitation robots are advanced systems designed to assist injured individuals by providing targeted support and facilitating therapeutic exercises, thereby helping to improve physical functions following injuries or medical interventions. This study focuses on the modeling and controller design of a rehabilitation robot. In the modeling section, the robot is considered as a planar three-degree-of-freedom serial robot to enable the actuation of the hip, knee, and ankle joints. The dynamic model of the robot is derived using the Euler–Lagrange method. Furthermore, with the increasing emphasis on robot-assisted rehabilitation, the need for adaptive control systems to tailor treatment to the individual needs of patients has become critically important. Therefore, due to the variability and uncertainty of the robot parameters, an adaptive controller is employed. In addition, considering the presence of noise in sensor data and disturbances arising from the interaction between the robot and the patient, a high-gain observer is used to estimate the system state variables, and a disturbance observer is utilized to estimate and compensate for disturbance effects. The obtained results demonstrate that the designed control system is capable of tracking the reference input with an error of less than 0.05 radians.

کلیدواژه‌ها English

Lower-limb rehabilitation robot
adaptive controller
high-gain observer
nonlinear disturbance observer