طراحی و پیاده سازی سخت افزاری پیش بینی کننده مسیر و کنترلر حالت لغزشی نمایی برای یک ربات اسکلت خارجی زانو

در این مقاله تولید مسیر، کنترل و ساخت یک ربات اسکلت خارجی زانو ارائه شده است. ربات موردنظر، با هدف کمک به حرکت برخاستن از روی صندلی برای انسانهایی که در اندام پایین تنه دچار ضعف و یا اختلال حرکتی هستند طراحی و ساخته شده است. در بخش تولیدمسیر ربات، یک روش جدید پیشنهاد شده که با استفاده ازیک کتابخانه مسیرهای از قبل آماده شده و براساس شرایط اولیه نشستن فرد، مسیر حرکت نشسته-به-ایستاده او را پیشبینی میکند. این روش از تئوری "مسیرهای بنیادین دینامیکی " برای تخمین مسیر استفاده میکند. روش پیشبینی مسیر پیشنهادی، بر روی یک کتابخانه از مسیرها که در آزمایشگاه تحلیل حرکتی انسان بدست آمده است، آزمایش شده و کارایی آن تاییدشد. در مرحله بعد، یک کنترل کننده حالت لغزشی نمایی برای هدایت ربات درامتداد مسیر پیشبینی شده، به کارگرفته شده و مجموعه تولید کننده مسیر و کنترلر بر روی ربات اسکلت خارجی مورد نظر پیاده سازی سخت افزاری شدند. برای پیادهسازی سخت افزاری از جعبه ابزار اکس-پی-سی تارگت در نرمافزار متلب ویک کارت انتقال داده استفاده شده است. در نهایت، کارایی ربات بر روی یک فرد سالم، آزمایش شد. از فرد مورد آزمایش خواسته شد، درحالی که ربات را پوشیده است، چندین بار عمل برخاستن از روی صندلی را از شرایط اولیه نشستن متفاوت، انجام دهد. نتایج بدست آمده نشان می دهد، توانی که نیاز است فرد برای حرکت نشسته-به-ایستاده به زانوی خود اعمال کند، درحالتی که ربات اسکلت خارجی به او کمک میکند بسیار کمتر ازحالتی است که فرد ازکمک ربات استفاده نمیکند.

کلیدواژه ها:

Exoskeleton Robot ، Sit-to-stand Movement ، Trajectory Prediction ، Dynamic Movement Primitives ، Exponential Sliding Mode Controller ، ربات اسکلت خارجی ، برخاستن از روی صندلی ، پیشبینی مسیر ، مسیرهای بنیادین دینامیکی ، کنترل کننده حالت لغزشی نمایی