%34تخفیف

طراحيیک روش بهینه برای کنترل مسير حرکت ربات توانبخشي پاي بيماران

تعداد 102 صفحه  درword

كارشناسي ارشد مهندسي مکانيک-طراحي کاربردي

طراحيیک روش بهینه برای کنترل مسير حرکت ربات توانبخشي پاي بيماران

چكيده

در این تحقیق ابتدا بستر مکانیکی و الکترونیکی لازم برای بستن بیماران دارای نقص حرکت راه رفتن بر روی ربات توانبخشی آرمان و کنترل آنها فراهم گردیده است و اصلاحات لازم بر روی ربات برای ایجاد شرایط مناسب جهت تست تجربی صورت گرفته است و سپس با بهره گیری از کارهای کنترلی صورت گرفته بر روی این نوع از ربات‌ها روش‌های مختلف و متداول کنترل مسیر حرکت پای بیماران در تمرین توانبخشی راه رفتن بر روی تردمیل با کمک ربات آرمان بررسی شده است و نتایج تجربی آن بیان گردیده است. در نهایت روش پیشنهادی برای کنترل مسیر حرکت پای بیماران دارای نقص حرکت نسبی موسوم به روش کنترل رودخانه بیان گردیده است و با نتایج سایر روش‌های موجود مقایسه گردیده است. کلیه نتایج با اعمال الگوریتم‌ها بر روی انسان سالم به دست آمده است. بر خلاف روش‌های موجود که نتوانست الگوی حرکت راه رفتن را به صورت کامل بر روی انسان سالم میسر سازد روش پیشنهادی با تشخیص بهتر فاز حرکت راه رفتن توانست نیروهای لازم را در زمان مناسب به انسان سالم اعمال نماید و در نتیجه الگوی راه رفتن فرد را به الگوی راه رفتن مرجع و مطلوب بسیار نزدیک ساخت.

كليد واژه:توانبخشی، کنترل مسیر، ربات، آموزش راه رفتن، تردمیل

فهرست مطالب

عنوان                                            صفحه

فهرستجدول‌ها ‌د

فهرستشكل‌‌ها ‌ه

فصل 1- مقدمه 1

1-1- پيشگفتار 1

1-2- تاریخچه 2

1-3- ساختارربات‌هایتوان‌بخشی 3

1-3-1- رباتلوکومات 4

1-3-2- رباتلوپز 5

1-3-3- ربات‌هایپموپوگو 6

1-3-4- رباتالکس 7

1-4- نیروهایکمکیمستقلازمسیر 8

1-4-1- جبرانسازجاذبه 9

1-4-2- امپدانسفعال 9

1-4-3- نیرویکمکیبیمارمحرک 10

1-4-4- نیرویکمکیتطبیقی 11

1-5- مسیرمرجع 12

1-5-1- مسیرمرجعثابتدرفضایمفاصل 12

1-5-2- مسیرمرجعدرفضایمفاصلباتطبیقزمانی 13

1-5-3- مسیرمرجعتطبیق‌پذیر 13

1-5-4- مسیرمرجعدرفضایمفاصلمستقلاززمان 14

1-5-5- مسیرمرجعدرفضایدکارتیمستقلاززمان 15

1-5-6- کنترلانتخابیزیرمجموعه‌هایحرکتی 15

1-5-7- ترسیممسیرمبتنیبرهمافزایی 16

1-6- شیوه‌هایاعمالنیرویاصلاحی (الگوریتم‌هایکنترلی) 20

1-6-1- کنترلموقعیت 20

1-6-2- کنترلامپدانس 20

1-6-3- کنترلمسیر 21

1-6-4- کنترلمیداننیرو 22

1-6-5- کنترلمدلمجازی 22

1-7- بحثونتیجه‌گیری 24

فصل 2- تئوریمسئلهوالگوریتم‌هایکنترلیربات‌هایتوانبخشیپا 27

2-1- مقدمه 27

2-2- تعریفمسئله 28

2-2-1- محدودیتزمانومکان 28

2-2-2- عواملروانی 31

2-3- روشکنترلامپدانسصفر 34

2-4- روشکنترلامپدانس 36

2-5- روشکنترلمسیر 37

2-6- روشکنترلمیداننیرو 40

2-7- روشکنترلمیدانسرعت (رودخانه): 43

2-8- بحثونتیجهگیری 44

فصل 3- اصلاحاتوبهینهسازیطراحیرباتآرمان 46

3-1- مقدمه 46

3-2- بسترمکانیکی 48

3-2-1- اصلاحدرجاتآزادیوپایهنگهدارندهربات: 48

3-2-2- طراحینگهدارندهکمروبست‌هاینگهدارندهپا: 49

3-3- بسترایمنی 51

3-3-1- قفلنرمافزاری 51

3-3-2- قفلالکتریکی 52

3-3-3- قفلمکانیکی 53

3-4- بسترمکاترونیکی 54

3-4-1- موتورها 54

3-4-2- درایورموتورها 55

3-4-3- انکودرموتور 55

3-4-4- انکودرافزایشی (اینکریمنتال) 56

3-4-5- کارتانکودر 56

3-4-6- منبعتغذیه 57

3-4-7- پردازشگر 57

3-5- بسترنرمافزاری 57

3-6- بحثونتیجهگیری 62

فصل 4- پیادهسازیالگوریتم‌هایکنترلیوآزمایشاتتجربی 63

4-1- مقدمه 63

4-2- ذخیرهاطلاعاتمربوطبهراهرفتنانسانسالمبااستفادهازروشامپدانسصفر 63

4-3- پیادهسازیالگوریتمامپدانس 66

4-3-1- کنترلامپدانس 66

4-3-2- پیادهسازیالگوریتمکنترلموقعیت 68

4-4- پیادهسازیالگوریتمکنترلمسیر 72

4-5- پیادهسازیالگوریتمکنترلمیداننیرو 74

4-6- پیادهسازیالگوریتمکنترلمیدانسرعت (رودخانه) 77

فصل 5- نتيجه‌گيريوپيشنهادها 81

5-1- نتيجه‌گيري 81

5-2- پيشنهادها 83

5-2-1- ساختبهینهوتجهیزسیستمربات 83

5-2-2- کنترلبهینهربات 84

ضميمه ‌أ – اطلاعاتسختافزارها 85

فهرستمراجع 91

فهرست جدول‌ها

عنوان                                            صفحه

جدول‏1‑1: مقایسه‌یویژگی‌هایربات‌هایتوان‌بخشی 8

جدول‏1‑2: مقایسه‌ایازروش‌هایاعمالنیرویکمکی. 12

جدول‏1‑3: مقایسه‌یروش‌هایترسیممسیروویژگی‌هایآن‌ها 19

جدول‏1‑4: بررسیومقایسه‌یانواعکنترلرها 24

فهرست شكل‌‌ها

عنوان                                            صفحه

شکل‏1‑1: بازویکمکیرباتیکلوکومات [7] 4

شکل‏1‑2: نماییازرباتلوپزبههمراهمحرک‌هایمورداستفادهدرآن [8] 5

شکل‏1‑3: بازوهایرباتیکPAMوPOGOمتصلبهفرددرحرکتبررویتردمیل [10] 6

شکل‏1‑4: بازویرباتیکالکسکهبهپایراستفردمتصلاستوسیستمنگهدارنده‌یآن [11] 7

شکل‏1‑5: کنترلرمیداننیرودررباتالکسبااستفادهازجبرانسازجاذبهبهصورتپیشتغذیه [11]. 9

شکل‏1‑6: ترکیبامپدانسفعالرباتباامپدانسمکانیکی [17]. 10

شکل‏1‑7: کنترلربهکارگرفتهشدهبرایاعمالنیرویکمکیبیمارمحرک [7]. 10

شکل‏1‑8: نیرویکمکیتطبیقیاعمالشدهبرکنترلرمیدانامپدانس [18]. 11

شکل‏1‑9: تاثیرپارامترهایتطبیقمسیربررویمسیرمرجعدرمفصلزانوبااستفادهازسهضریبمربوطه [22] 14

شکل‏1‑10: (الف): مسیرمستقلاززماندرفضایمفاصل . (ب): معادلاینمسیردرفضایدکارتی [23]. 14

شکل‏1‑11: مسیرمرجعمستقلاززماندرفضایدکارتیبرایمچپا [11]. 15

شکل‏1‑12: زیرمجموعه‌ایازیکحرکتکاملکهعبارتستازارتفاعمطلوبپااززمین [8]. 16

شکل‏1‑13: مقایسه‌یمسیرواقعیفردومسیرحاصلازمدل‌سازی [19]. 17

شکل‏1‑14: بررسیامکانترسیممسیربازویرباتیکبراساسمسیرپایمتحرک [25]. 18

شکل‏1‑15: اعمالترسیممسیربلادرنگمبتنیبرهم افزاییبهکنترلرربات [19]. 19

شکل‏1‑16: اعمالترسیممسیرمرجعثابتبهکنترلرربات [19]. 19

شکل‏1‑17: نمونه‌ایازیککنترلرامپدانسکهبررویرباتلوکوماتاعمالشدهاست [29]. 21

شکل‏1‑18: کنترلمسیربااستفادهازمسیرمرجعمستقلاززماندرفضایمفاصلبرایاعمالنیرو [23]. 21

شکل‏1‑19: کنترلمیداننیرو [11]. 22

شکل‏1‑20: زیرمجموعه‌هاییازحرکت،درروشکنترلانتخابیزیرمجموعه‌هایحرکتی [8]. 23

شکل‏1‑21: کنترلمدلمجازیوتعویضمدل‌هایمجازیدرمقاطعیازحرکت [30]. 23

شکل‏2‑1: ترسیمحرکتمفاصلپابهصورتشماتیک. 31

شکل‏2‑2: ساختارکلیعملگرهایسریالاستیک [32]. 33

شکل‏2‑3: بلوکدیاگرامکاملکنترلامپدانسصفر. 34

شکل‏2‑4: بلوکدیاگرامRSEA Torque Controller. 34

شکل‏2‑5: بلوکدیاگرامجزئیاتحلقهکنترلیامپدانسصفر. 35

شکل‏2‑6: نمودارگامحرکتپادرطییکسیکلکاملدرفضایمفاصل. 35

شکل‏2‑7: بلوکدیاگرامکاملکنترلامپدانس. 36

شکل‏2‑8: بلوکدیاگرامجزئیاتحلقهکنترلیامپدانس. 36

شکل‏2‑9: حلقهکنترلیمسیربرایرباتلوکومات [31]. 37

شکل‏2‑10: تونلمجازیمختصاتمفاصلپابرایرباتلوکومات [31]. 38

شکل‏2‑11: حلقهکنترلیمیدان نیروبرایرباتالکس [11]. 40

شکل‏2‑12: مختصاتدکارتیموقعیتانتهاییپاونحوهاعمالنیروهادرتونلمجازی [11]. 41

شکل‏2‑13: نیروهایاعمالیمماسیوعمودیبهپابرایپارامترهایمختلف 42

شکل‏2‑14: تمثیلالگویالگوریتمکنترلیرودخانه. 43

شکل‏2‑15: بلوکدیاگرامکنترلمیدان سرعت (رودخانه) 44

شکل‏3‑1: رباتساختهشدهاولیهبدوناصلاحاتثانویه [15]. 46

شکل‏3‑2: عملگرهایساختهشدهاولیهبدوناصلاحاتثانویه [35]. 47

شکل‏3‑3: پایهنگهدارندهرباتومکانیزمدرجاتآزادیلگن. 49

شکل‏3‑4: اورتزکمرونحوهاتصالبهربات. 50

شکل‏3‑5: بست‌هاینگهدارندهرانوساق. 51

شکل‏3‑6: سوییچ‌هایمحدودکننده. 52

شکل‏3‑7: رباتبههمراهانسان. 53

شکل‏3‑8: چیدمانعملگرهابههمراهانکودرها. 54

شکل‏3‑9: درایورموتورها. 55

شکل‏3‑10: انکودرافزایشی. 56

شکل‏3‑11: کارتقرائتانکودر. 57

شکل‏3‑12: صفحهتنظیماتموتورهاودرایورها. 58

شکل‏3‑13: ابزارهایدردسترسدرمنویتنظیماتموتورودرایور. 59

شکل‏3‑14: صفحهتنظیماتچارت‌ها. 60

شکل‏3‑15: صفحهانتخابنوعکنترلربات. 61

شکل‏3‑16: صفحهدرحالاجرایحلقهکنترلیونمایشنمودارهایترسیمشدهبهصورتزنده. 61

شکل‏4‑1: تغییراتزاویهزانوبرحسبزماندرطولیکسیکلکاملراهرفتن. 64

شکل‏4‑2: تغییراتزاویهرانبرحسبزماندرطولیکسیکلکاملراهرفتن. 64

شکل‏4‑3: تغییراتزاویهزانوبرحسبتغییراتزاویهراندرطولیکسیکلکاملراهرفتن. 65

شکل‏4‑4: تغییراتموقعیتعمودیمچپابرحسبتغییراتافقیمچپادرطولیکسیکلکاملراهرفتن. 65

شکل‏4‑5: تغییراتزاویهرانبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلامپدانس. 66

شکل‏4‑6: تغییراتزاویهزانوبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلامپدانس. 66

شکل‏4‑7: تغییراتزاویهزانوبرحسبتغییراتزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلامپدانس. 67

شکل‏4‑8: تغییراتگشتاوررانبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلامپدانس. 67

شکل‏4‑9: تغییراتگشتاورزانوبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلامپدانس. 68

شکل‏4‑10: تغییراتزاویهرانبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلموقعیت. 68

شکل‏4‑11: تغییراتزاویهزانوبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلموقعیت. 69

شکل‏4‑12: تغییراتزاویهزانوبرحسبتغییراتزاوبهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلموقعیت. 69

شکل‏4‑13: تغییراتگشتاوررانبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلموقعیت. 70

شکل‏4‑14: تغییراتگشتاورزانوبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنباکنترلموقعیت. 70

شکل‏4‑15: مقایسهتغییراتاختلافگشتاورمطلوبوحقیقیرانبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتندردوروشکنترلامپدانسوکنترلموقعیت. 71

شکل‏4‑16: مقایسهتغییراتاختلافگشتاورمطلوبوحقیقیزانوبرحسبزماندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتندردوروشکنترلامپدانسوکنترلموقعیت. 71

شکل‏4‑17: تغییراتزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمسیر. 72

شکل‏4‑18: تغییراتزاویهزانودرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمسیر. 73

شکل‏4‑19: تغییراتگشتاورراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمسیر. 73

شکل‏4‑20: تغییراتگشتاورزانودرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمسیر. 74

شکل‏4‑21: تغییراتزاویهزانونسبتبهزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمسیر. 74

شکل‏4‑22: تغییراتزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 75

شکل‏4‑23: تغییراتزاویهزانودرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 75

شکل‏4‑24: تغییراتگشتاورراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 76

شکل‏4‑25: تغییراتگشتاورزانودرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 76

شکل‏4‑26: تغییراتزاویهزانونسبتبهزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 77

شکل‏4‑27: تغییراتزاویهزانونسبتبهزاویهراندرطولچهارسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان نیرو. 77

شکل‏4‑28: تغییراتزاویهراندرطولسهسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان سرعت. 78

شکل‏4‑29: تغییراتزاویهزانودرطولسهسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان سرعت. 79

شکل‏4‑30: تغییراتگشتاورراندرطولسهسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان سرعت. 79

شکل‏4‑31: تغییراتگشتاورزانودرطولسهسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان سرعت. 80

شکل‏4‑32: تغییراتزاویهزانونسبتبهتغییراتزاویهراندرطولسهسیکلمتوالیراهرفتنبااعمالکنترلمیدان سرعت (رودخانه). 80

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “طراحيیک روش بهینه برای کنترل مسير حرکت ربات توانبخشي پاي بيماران”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo