طراحی، شبیهسازی و کنترل یک ربات بازوی توانبخشی دارای نامعینی
Design, Simulation and control of a Robot With Uncertainties for Arm Rehabilitation
طراحی، شبیهسازی و کنترل یک ربات بازوی توانبخشی دارای نامعینی – کارشناسی ارشد
رباتهای پوششی، سیستمهای رباتیکی هستند که در تعامل با انسان برای انجام یک وظیفهی مشترک باهم همکاری میکنند. تعامل انسان – ربات، در اینگونه سیستمها به دو صورت فیزیکی و شناختی میباشد. به دلیل ارتباط مستقیم رباتهای پوششی محافظ خارجی با انسانها، امنیت و قابلیت اطمینان چنین سیستمهایی از اهمیت فراوانی برخوردار است. با توجه به کاربردهای گستردهی این رباتها بخصوص در زمینههای نظامی و پزشکی، در این پایاننامه به بررسی ربات پوششی محافظ خارجی توانبخشی و ایجاد مکانیزمی برای ربات پرداخته میشود که بتواند یک مسیر را دنبال نماید. در این راستا عوامل محیطی و نامعینی بخشی از کار را شامل میشود و این مسئله ما را وامیدارد تا بتوانیم در کنار کنترل مسئله تطبیقپذیری را نیز در فرآیند کار سیستم ربات توانبخشی بگنجانیم. در این پایاننامه هدف طراحی یک سیستم کنترل تطبیقی میباشد بهگونهای که بتواند ربات پوششی (توانبخشی) را در مسیرهای معین هدایت کند. مدل های ربات بررسی شده در این پایان نامه شامل یک ربات بازوی دودرجه آزادی با هفت پارامتر دینامیکی نامعین و مدل ربات بازوی سه درجه آزادی، صفحه ای با نیروی خارجی نامعین وارده بر عملگر نهایی میباشد و مسیرهای ایدهآل عملگر نهایی به صورت دایره، نیم دایره و بیضی در نظر گرفته میشود. نتایج شبیه سازی نشان از مشخصه های پایداری مناسب ربات پوششی در ردیابی مسیرهای مشخص شده دارد.
کلیدواژه ها :
ربات پوششی محافظ خارجی, توانبخشی, مدلسازی, کنترل تطبیقی, نامعینی
Key Words:
Exoskeleton robot, Rehabilitation, Modeling, Adaptive control, Uncertainty
فصل اول: پیشینه پژوهش 1
1-1. مقدمه 2
1-2. مطالعه کلی رباتهای پوششی در ساختارهای توانبخشی 2
1-2-1. بررسی رباتهای پوششی 2
1-2-2. ساختار مکانیکی در افزایش توان 6
1-2-3. سیستمهای توانبخشی برای اشخاص معلول و اهمیت آنها 7
1-2-4. چگونگی برقراری ارتباط انسان- ربات در رباتهای توانبخشی 8
1-2-5. نحوه تکامل رباتهای توانبخشی 11
1-2-6. نحوه دریافت سیگنال از انسان 12
1-3. مطالعه ربات پوششی 16
1-3-1. مدلسازی ربات اگزواسکلتون 16
1-4. کنترل 20
1-4-1. کنترل سیستم ترکیبی ربات – انسان 20
1-4-2. کنترل بر اساس شناخت سیستم ترکیبی 21
1-4-3. کنترل بر اساس سنجش سیگنال 23
1-4-4. روشهای کنترل سیستم ترکیبی ربات – انسان 25
1-4-5. سیستمهای کنترل تطبیقی و لزوم کاربرد آنها 27
1-4-6. اهمیت سیستمهای تطبیقی در رباتهای توانبخشی 28
1-5. تعریف مسئله 31
فصل دوم: مواد و روشها 33
2-1. مقدمه 35
2-2. طراحی سیستم کنترل برای ربات توانبخشی 35
2-2-1. طراحی کنترلر 40
2-3. ربات توانبخشی 3 درجه آزادی 47
2-3-1. تولید مسیر 51
فصل سوم: نتایج، بحث و پیشنهادات 53
3-1. شبیه سازی ربات 2 درجه و 3 درجه آزادی 54
3-2. نتایج شبیه سازی 56
3-2-1. مدل دو درجه آزادی با تخمین پارامترها 56
3-2-2. مدل 3درجه آزادی با قابلیت پذیرش نیروی نامعین 66
3-3. نتیجه گیری 73
3-4. پیشنهادات 74
مراجع و منابع 76