ارائه مدل پارامتري براي گام برداري مبتني بر قيد با پياده سازي بر روي ربات اسكلت خارجي اكسوپد

Parametric Model of Human Constrained Gait with Implementation on Exoped Exoskeleton

ربات اسكلت خارجي پايين تنه يكي از فناوري هاي كمك حركتي مي باشد كه پيشرفت هاي زيادي در سال هاي اخير داشته است. يكي از اساسي ترين مباحث در طراحي اين ربات ها، تعيين الگوي گام برداري مي باشد. در ربات هاي اسكلت خارجي موجود معمولا از الگوي گام از پيش ثبت شده توسط انسان سالم براي ربات استفاده مي شود. اين روش داراي محدوديت هايي از جمله اشغال حجم ذخيره سازي داده و عدم تنظيم مناسب الگوي گام در پارامترهاي گام برداري مختلف مي باشد. بنابراين استفاده از مدل هاي رياضي براي راه رفتن با ربات هاي اسكلت خارجي ضروري است. تاكنون مدل هاي رياضي ساده اي براي گام برداري انسان سالم و همچنين ربات هاي انسان نما ارائه شده است. ولي به دليل محدوديت هاي جسماني بيماران استفاده كننده از ربات اسكلت خارجي، استفاده از اين مدل ها خطر اعمال گشتاور غيرطبيعي و به دنبال آن آسيب به مفاصل بيمار و همچنين موتورهاي ربات را در پي دارد. در اين مقاله محدوديت هاي موجود در قالب قيدهاي رياضي در نظر گرفته شده و مدل هاي رياضي مناسبي براي موقعيت مفاصل بر اساس اين قيدها ارائه شده است. سپس با داشتن معادلات سينماتيك معكوس، الگوي گام مطلوب در قالب زواياي مفاصل بدست آمده است. پارامترهاي موجود در مدل ارائه شده شامل طول، ارتفاع و سرعت گام برداري و همچنين طول ساق و ران كاربر مي باشد. مدل ارائه شده بر روي ربات اكسوپد پياده شده است كه رضايت كاربران عملكرد خوب مدل ارائه شده را تاييد مي كند.

Lower extremity exoskeleton a motion assistive technology, has been developed in recent years. Generation of gait pattern is a fundamental topic in design of these robots. A usual approach in most of exoskeletons is to use a pre-recorded pattern used as look up table. There are some deficiencies in this method, including data storage limitation and poor regulation according to walking parameters. Therefore, it is required to modeling human walking pattern to use in exoskeletons. There are simple models for walking of healthy person and humanoid robots. Nevertheless, using these models may cause injury to joints of the patient or damage to robot motors due to physical limitation of the user’s body. In this paper, the physical limitations are represented as mathematical constraints. Considering these constraints, appropriate models are proposed for position of the joints. Then, inverse kinematics equations are used to generate joints angles. In this work, the model parameters consist of stride length and height, walking speed and length of user thigh and shin. The performance of the model is evaluated by implementing on Exoped robot. Satisfaction and convenience of the users demonstrates the good performance of the model.