طراحي ساختار فازي كنترل ميدان نيرو براي ربات توانبخشي پايين تنه

Fuzzy Force Field Control Design for Lower Limb Rehabilitation Robot

در اين مقاله هدف ارايه ساختار كنترلي هوشمند و قدرتمند براي كنترل ربات توانبخشي پايين تنه است. مورد توجه در اين پژوهش حفظ ايمني بيمار، توجه به مفهوم كمك به مقدار نياز به منظور ارتقاي كارآيي تمرين هاي رباتيك توانبخشي و هوشمندسازي رفتار كنترلر است. ساختار كنترلي پيشنهادي متشكل از كنترل ميدان نيرو و استراتژي منطق فازي است. علاوه بر اين تمامي عوامل تاثيرگذار بر ديناميك سيستم از قبيل نيروي گرانشي، نيروي اصطكاك و گشتاور تعاملي بين ربات و انسان در مدل سازي آن لحاظ شده است. روش كنترلي ميدان نيرو با ايجاد يك نوار مجازي حول مسير حركت راه رفتن، ميدان نيرويي را ايجاد مي كند كه مي تواند پاي بيمار را تحت شرايط مورد نظر طراح، در راستاي مسير مرجع هدايت نمايد. در اين مقاله به منظور تحقق هدف كمك به مقدار نياز، براي تامين آزادي عمل بيشتر بيمار، پارامترهاي تعيين كننده كنترلر ميدان نيرو به كمك كنترل فازي انتخاب مي شوند. در اين وضعيت الگوريتم فازي براي افزايش كيفيت رفتار ربات توانبخشي كه با توجه به ميزان توانايي بيمار تطبيق پذير است پيشنهاد شد. در همين راستا ساختار كنترلي پيشنهادي روي سيستم ديناميكي ربات توانبخشي پايين تنه پياده سازي شده است. همچنين نتايج حاصل از شبيه سازي به خوبي نشان دهنده ميزان كارآيي كنترلر در انجام هرچه با كيفيت تر فرآيند گام برداشتن بيمار است.

In this paper, an intelligent powerful control scheme is presented for a lower-limb rehabilitation robot. The focus of this study is on maintaining patient safety, focusing on the concept of assist as needed to improve the efficacy of robotic rehabilitation exercises and intelligent controller behavior. The proposed control scheme is consists of force field control and fuzzy logic control. Gravity compensation, friction forces, and interaction torque have been considered to the dynamic model of the system. The force field control method creates a virtual wall along the desired trajectory in the sagittal plane that can guide the patient’s gait. Force field control parameters are selected using the fuzzy logic control rules o improve the concept of assist as needed for the rehabilitation robot in order to make a freedom of action for the patient. Therefore, the fuzzy logic control algorithm was proposed to improve the behavioral quality of the rehabilitation robot depending on the patient’s ability in the gait process. In this regard, the proposed control scheme has been implemented for the lower-limb rehabilitation robot system. Simulation results show the efficiency of the proposed controller to improve the quality of motorized gait training.