کنترل امپدانس مقاوم ربات توان‌بخش زانو با ضرایب فازی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد کنترل، دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده برق و رباتیک

2 استاد کنترل، دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده برق و رباتیک

چکیده

این مقاله‏ طرح نوینی برای کنترل امپدانس مقاوم ربات توان‌بخش زانو با ضرایب فازی و استفاده از راهبرد کنترل ولتاژ ارایه می‌نماید. انتخاب ضرایب امپدانس همواره یک چالش بوده است که در طرح پیشنهادی توسط سیستم‌های فازی تعیین می‌گردند. طرح نوین کنترل امپدانس پیشنهادی به مدل دینامیکی ربات وابسته نیست. طراحی کنترل کننده بر اساس راهبرد کنترل ولتاژ بوده و متفاوت با طراحی رایج مبتنی بر راهبرد کنترل گشتاور است. طرح پیشنهادی در مقایسه با طرح‌های مبتنی بر راهبرد کنترل گشتاور ، ساده تر با محاسبات کمتر و مؤثرتر است. بعلاوه، در طراحی کنترل کننده به محرکه های ربات نیز توجه می‌شود. روش کنترل امپدانس پیشنهادی با بکارگیری روش گرادیان نزولی به صورت مقاوم تطبیقی برای غلبه بر عدم قطعیت عمل می‌نماید. مکانیزم تطبیق پیشنهادی به خوبی می‌تواند بر عدم قطعیت‌ها در اجرای قانون غلبه کند. پایداری سیستم کنترل اثبات می‌شود و کارایی و برتری روش کنترل امپدانس مقاوم با ضرایب فازی را بر روش کنترل امپدانس مقاوم با ضرایب ثابت توسط نتایج شبیه سازی نشان داده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Burgar CG, Lum PS, Shor PC and Van der Loos HFM (2000) Development of robots for rehabilitation therapy. The Palo Alto VA/Stanford experience, J Rehab Res Development 37(6): 663-674.

[2] Bradley D, Marquez C, Hawley M , Brownsell S, Enderby P, Mawson S (2009) NeXOS the design, development, and evaluation of a rehabilitation system for the lower limbs. Mechatronics 19: 247-257.

[3] Moughamir S, Zaytoon J, Manamanni N, Afilal LAM L (2001) A system approach for control development of lower-limbs training machines. Control Eng Practice 10(3): 287-299.

[4] Ju MS, Lin CCK, Lin DH, Hwang IS and Chen SM (2005) A rehabilitation robot with force-position hybrid fuzzy controller: Hybrid fuzzy control of rehabilitation robot. IEEE Trans Neural Syst Rehab Eng 13(3): 349-358.

[5] Akdogan E , Arif Adli M (2011)  The design and control of a therapeutic exercise robot for lower limb rehabilitation: Physiotherabot. Mechatronics 21: 509-522.

[6] Houglum PA (2009) Therapeutic exercises for musculoskeletal injuries. ThomsonShore.

[7] Bernhardt M, Frey M, Colombo G, Riener R (2005) Hybrid force-position control yields cooperative behaviour of the rehabilitation robot LOKOMAT. In 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, ICORR2005 (536-539).

[8] Krebs HI, Hogan N, Aisen ML, Volpe BT (1998) Robot aided neurorehabilitation. IEEE Trans Rehab Eng 6(1): 75-87.

[9] Richardson R, Brown M, Bhakta M, Levesley M.C (2003) Design and control of a three degree of freedom pneumatic physiotherapy robot. Robotica 21: 589-604.

[10] Hogan N, Krebs HI, Sharon A, and Charnnarong J (1995) Interactive robotic therapist. Massachusetts Inst Technol, Cambridge, U.S. Patent #5 466 213.

[11] Tsuji T, Tanaka Y (2005) On-line learning of robot arm impedance using neural networks. Robot Auton Syst, 52: 257-271.

[12] Seul J, Hsia TC, Bonitz RG (2004) Force tracking Impedance control of robot manipulators under unknown envierment. IEEE Trans Control Syst Technol 12: 474-483.

[13] Stanisic RZ, Fernandez AV (2012) Adjusting the  Parameters of the mechanical impedance for Velocity, impact and force control. Robotica 30: 583-597.

[14] Kizir S, bingul Z (2013) Fuzzy impedance and force control of a Stewart platform. Turk J Elec Eng & Comp Sci 22(4): 924.

[15] Xu G, Song A, Li H (2011) Control system design for an upper-limb rehabilitation robot. Advanced Robotics 25: 229-251.

[16] Xu G, Song A, Li H (2011) Adaptive Impedance Control for Upper-Limb Rehabilitation Robot Using Evolutionary Dynamic Recurrent Fuzzy Neural Network. J Intel Robot System 62: 501-525.

[17] Huanga L, Geb S.S, Leeb T.H (2003) Fuzzy unidirectional force control of constrained robotic manipulators. Fuzzy Sets and Systems 134: 135–146.

[18] Surdilovic D, Cojbasic Z (1999) Robust Robot Compliant Motion Control Using Intelligent Adaptive Impedance Approach. International Conference on Robotics & Automation Detroit, Michigan.

[19] Fateh MM (2008) On the voltage-based control of robot manipulators.  Int J Control, Automation, and Systems 6(5): 702-712.

[20] Fateh MM, Babaghasabha R (2013) Impedance control of robots using voltage control strategy. Nonlinear Dynamics 74(1-2): 277-286.

[21] Wang LX (1996) A course in fuzzy systems and control. Prentice-Hall, New York.

[22] Spong MW, Hutchinson S, Vidyasagar M (2006) Robot modelling and control. John Wiley & Sons, New York.

[23] Boyd S, Vandenberghe L (2004) Convex optimization. Cambridge University Press, New York.

[24] Qu Z, Dawson DM (1996) Robust tracking control of robot manipulators, IEEE Press, Inc., New York.

[25] Fateh MM (2012) Robust control of flexible-joint robots using voltage control strategy. Nonlinear Dynamics 67(2): 1525-1537.