كليدواژه :
ربات پوشيدني زانو , كنترل كننده گام به عقب مرتبه كسري , رگولاتور درجه دوم خطي و رويتگر غير خطي , اغتشاش
چكيده فارسي :
تاكنون نمونه هاي مختلفي از ربات هاي پوشيدني با كاربرد بازتواني طراحي و ساخته شده اند . يكي از چالش برانگيزترين بخش هاي طراحي ربات هاي اسكلت خارجي، طراحي سيستم كنترل حركت آن است. در ربات هاي پوشيدني به دليل غيرخطي بودن مدل ديناميكي، عدم قطعيت پارامترها، ساختارهاي مدل نشده يا ساده شده و ارتشاش خارجي (ناشي از نيروي اعمال شده توسط كاربر) استفاده از روش هاي كنترلي مقاوم ضروري است. بنابراين در اين پژوهش جهت تخمين كليه عوامل ناخواسته به صورت يك اغتشاش كلي از رويتگر غير خطي اغتشاش استفاده شد و كنترل كننده مقاوم مورد استفاده LQR-FOBSC از تركيب دو كنترل كننده LQR و پسگام مرتبه كسري طراحي شد. مزيت كنترل كننده LQR ، انتخاب ورودي كنترلي براي رسيدن سريع و بهينه به نقطه تعادل است و FOBSC مقاوم بودن كنترل كننده در برابر عدم قطعيت و اغتشاش و كاهش چترينگ را تضمين مي كند. همچنين جهت انتخاب مناسب ضرايب تابع هدف كنترل كننده LQR از الگوريتم ازدحام ذرات استفاده شد. به منظور ارزيابي روش كنترلي ارايه شده، بين نرم افزارهاي بيومكانيكي اپن سيم براي شبيه سازي بدن انسان و ربات و محاسباتي متلب به صورت بر خط ارتباط برقرار شد. با استفاده از متلب در هر لحظه ورودي كنترلي محاسبه و به ربات اعمال و اثر آن روي ماهيچه ها و استخوان هاي بدن كاربر با استفاده از نرم افزار اپن سيم مشاهده و موقعيت مفصل زانو محاسبه گرديد. روش حاضر با روش هاي پسگام مود لغزشي، مرتبه كسري و LQR مقايسه و برتري آن نشان داده شد.
چكيده لاتين :
Recently, a vast variety of wearable robots with various applications, including rehabilitation, have been produced, but a very challenging part of exoskeleton designing which is its motion control system still requires further investigation to be completed. Due to the nonlinearity in the dynamics of human-exoskeleton, uncertainty in parameters, unmodeled or simplified structures, and external disturbances (such as interaction of exerted human forces and movements), the use of robust control strategies is inevitable. Thus, in this research, a nonlinear disturbance rejection observer was used to estimate all of those as total disturbances. Then, a fractional order backstepping sliding mode (FOBSC) was utilized for enhanced tracking plus a Linear Quadratic Regulator (LQR) method to optimize the convergence to the equilibrium points. The advantage of using LQR is the optimum selection of the control input, and the FOBSC guarantees the robustness of the controller against uncertainties and disturbances. The combination of fractional order theory and control methods causes less chattering in the human-exoskeleton interactions. Moreover, particle swarm algorithm was used in order to select the coefficients of the cost function of LQR. In order to calculate the effect of the exoskeleton on human muscles and bones, the human parameters and knee motions, OpenSim was used. Matlab was used to implement the control strategy through OpenSim. The proposed method was then compared with the normal backstepping, fractional order system and LQR methods. The results show the superiority of this method compared to the classical methods.
