افزايش چالاكي با استفاده از يك الگوريتم كنترلي ياريگر براي ربات هاي اسكلت خارجي

Agility enhancement using an assistive controller for exoskeleton robots

ربات هاي اسكلت خارجي ياريگر دسته اي از ربات هاي پوشيدني هستند كه در هنگام انجام حركات مختلف، بخشي از نيروي مورد نياز كاربر را تامين ميكنند. در نتيجه، كاربر با صرف نيروي كمتري حركات مورد نظر را انجام خواهد داد. الگوريتم هاي كنترلي مختلفي براي رباتهاي اسكلت خارجي ياريگر پيشنهاد شده و تاثير آنها بر عملكرد كاربران مورد ارزيابي قرار گرفته است. نويسندگان مقاله حاضر اخيراً يك روش كنترلي جديد، با نام الگوريتم كنترلي ياريگر با پسخور خروجي، را براي ربات هاي اسكلت خارجي با عملگرهاي الاستيك سري ارائه كرده اند. اين روش به تعداد بسيار كمي حسگر نياز داشته، مستقل از نيت كاربر بوده و داراي يك ساختار ساده و غير مبتني بر مدل ميباشد. در اين مقاله، تاثير الگوريتم كنترلي ياريگر با پسخور خروجي بر افزايش چالاكي كاربران مورد ارزيابي قرار گرفته است. يك ربات فيزيوتراپ زانو به عنوان ربات اسكلت خارجي تك مفصله در نظر گرفته شده است. با اتصال يك عملگر الاستيك سري به ربات و پياده سازي الگوريتم كنترلي ياريگر با پس خور خروجي، چالاكي كاربر در يك آزمايش تعقيب هدف بررسي شده است. زاويه مطلوب و واقعي زانو توسط دو نشانگر بر روي يك صفحه نمايش به كاربر نشان داده شده و از كاربر خواسته شده است كه با حركت دادن پاي خود، موقعيت مطلوب را تعقيب نمايد. دقت كاربر در تعقيب هدف با تكرار آزمايش در دو حالت ياري شده و ياري نشده، اندازه گيري و مقايسه شده است. نتايج آزمايش ها به خوبي تاثير الگوريتم كنترلي ياريگر با پس خور خروجي را بر افزايش چالاكي كاربر تاييد مي كند.

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.