كنترل امپدانس تطبيقي ربات اسكلت خارجي

Adaptive impedance control of exoskeleton robot

ربات اسكلت خارجي در سال‌هاي اخير توجه بسياري از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. آرزوي ديرينه محققان دست‌يابي به وسيله‌اي است كه به صورت پوششي حول بدن انسان قرار گيرد و با عملگرهاي قدرتمندش، توانايي او را چندين برابر كند. هماهنگي كامل حركات ربات با بدن پيچيدگي اصلي تكنولوژي آن را شكل مي‌دهد. روش كنترل امپدانس براي كنترل اين نوع ربات مناسب است ولي بيان‌هاي موجود از كنترل امپدانس بيشتر مخصوص ربات‌هاي صنعتي است كه تفاوت‌هاي مهمي با ربات مورد نظر دارد. در اين مقاله بياني از روش كنترل امپدانس متناسب با شرايط عملكرد ربات اسكلت خارجي معرفي مي‌شود. به علاوه با توجه به متغير بودن محموله ربات همچنين بروز خطا در اندازه‌گيري نيروي محل تماس بدن با ربات، براي اولين بار روشي تطبيقي براي كنترل امپدانس ربات اسكلت خارجي پياده‌سازي مي‌شود. شبيه‌سازي عملكرد اين وسيله در تبعيت از حركت راه رفتن كاربر حين حمل بار 50 كيلوگرمي و وجود عدم قطعيت در بار و نيروي تماسي، كارايي بسيار خوب روش ارايه شده را نشان مي‌دهد؛ به طوري‌كه خطاي پيروي ربات از حركت مطلوب در طول زمان شبيه‌سازي تقريباً صفر است. همچنين گشتاورهاي وارد بر اعضاي پا و تنه كاربر ناچيز است.

Exoskeleton robot has attracted attention of many researchers because it realizes an old aspiration to attain a machine which is worn by man and maximizes his might via its powerful actuators. Thorough coordination between robot movements and that of user constitutes the greatest complexity of exoskeleton technology. Investigations showed that impedance control (IC) is suitable for this application but the present forms of IC are mostly dedicated to industrial robots which have significant differences with exoskeleton. In this article a versatile form of IC for the mentioned application is developed. Besides, according to perpetual uncertainties in load and measured force signals, for the first time an adaptive method for IC of exoskeleton robot is implemented. Simulating operation of robot in tracking userʹs walking motion while carrying a load of 50 (Kg) and with uncertainties in load and measured forces, proves efficiency of the proposed control method. Tracking error during simulation is almost zero and torques needed at interfaces, are immaterial.