كنترل ربات‌هاي توان‌بخشي پا در تمرين آموزش راه رفتن بر روي تردميل

Rehabilitation robots control in gait training exercises on a treadmill

هدف از اين مقاله، ارزيابي روشي جديد براي كنترل ربات‌هاي توان‌بخشي پا است كه ضمن تامينآزادي عمل بيشتر براي بيماران، مي‌تواند الگوي راه رفتن آن‌ها را اصلاح كند. اين كنترلر، از يك مسير مرجع مبتني بر فاز راه رفتن و يك الگوريتم تشخيص فاز بهره مي‌برد تا بر اساس زاويه و سرعت زاويه‌اي واقعي مفاصل، زاويه و سرعت زاويه‌اي مطلوب آن‌ها را تعيين كند. همچنين، كنترلر از بلوك‌هايي مجزا براي كنترل مسير حركت و سرعت گام برداشتن بيمار برخوردار است. از آنجا كه در اين كنترلر مسير مرجع به زمان وابسته نيست، بيمار مي‌تواند بر دوره‌ي زماني گام برداشتن خود تاثير بگذارد. همچنين، بلوك‌هاي كنترلي مجزا اين امكان را مي‌دهند تا متناسب با توانايي هر بيمار سطوح مختلفي از آزادي عمل و نيروي كمكي براي او فراهم شود. اين كنترلر بر روي ربات توان‌بخشي آرمان پياده‌سازي شده و تاثير آن بر تغيير الگوي راه رفتن سه فرد سالم و يك بيمار سكته مغزي بررسي شده است. نتايج تجربي نشان مي‌دهند كه اين روش مي‌تواند به خوبي روش كنترل امپدانس الگوي راه رفتن افراد را اصلاح كند. به علاوه، آزادي عمل بيشتري براي اين افراد فراهم مي‌آورد تا بتوانند تمرين‌هاي توان‌بخشي پا را با دوره‌ي زماني دلخواه خود انجام دهند.

The aim of this paper is to investigate a new control algorithm of gait rehabilitation robots that simultaneously provides more freedom for the patients and corrects their walking trajectory. The controller utilizes a gait-phase dependent reference trajectory and a gait-phase detection algorithm to determine the desired position and velocity of joints based on of their actual positions and velocities. Moreover, the controller uses two separate control blocks for the correction of the path and the cadence of walking of the patient. Since the reference trajectory is time independent, the patient is able to change the cadence of his/her walking. Furthermore, the separate control structure enables the controller to provide different levels of freedom and assistive force to be delivered to the patients. The control method has been implemented through ARMan (Active Rehabilitation Manipulator), a gait rehabilitation robot and its effectiveness is evaluated on the walking trajectory of three healthy subjects and one stroke patient. The results of the experiments demonstrate that the proposed control method corrects the gait pattern of the subjects as good as impedance control method. In addition, this method provides more freedom for the patients to walk based on their desired cadence.