چارچوب کنترلی زمان-متناهی ترکیبی برای ربات‌‌ اسکلت بیرونی با استفاده از رویکرد کنترل غیرخطی مقاوم-تطبیقی

در این مقاله با استفاده از رویکرد کنترل غیرخطی مقاوم-تطبیقی‎، ساختار کنترلی ترکیبی جدیدی برای حل مسئله‎ ردیابی زمان-متناهی ربات‎ اسکلت بیرونی (با وجود اصطکاک ناشناخته، نامعیّنی پارامتری، عدم‏ قطعیّت مدل ‏سازی و گشتاور انسانی نامعلوم) ارائه می‎ گردد تا جابجایی ‎های زاویه ‏ای مفاصل این نوع ربات‎ بعد از گذشت مدّت زمان متناهی دقیقاً به مسیرهای موردنظر برسند. در این راستا، ابتدا مدل غیرخطی کاملی برای توصیف رفتار دینامیکی ربات‌ اسکلت بیرونی ارائه شده و ثابت ‏های فیزیکی (هم ‎چون جرم، طول و ممان اینرسی بازوها) همگی نامعلوم فرض می‎ گردند. علاوه بر این، نیروهای اصطکاک نامعلوم، عدم ‏قطعیّت مدل ‏سازی و گشتاورهای انسانی نامعلوم (در قالب اغتشاش خارجی) به صورت عبارت ‎های جمعی به مدل اضافه گردیده ‎اند. بخش ‎هایی از مدل که شامل ثابت ‎های فیزیکی نامعلوم و نیروهای اصطکاک ناشناخته هستند به صورت دو فرم جداگانه‎ رگرسوری خطی در پارامتر نوشته می‎ شوند. در ادامه، کنترل‌ کننده ‌‎های غیرخطی مقاوم-تطبیقی به گونه ‎ای طرّاحی می‏ شوند که در حضور عوامل نامطلوب مورد اشاره، هدف ردیابی زمان-متناهی برای ربات اسکلت بیرونی برآورده شده و پایداری زمان-متناهی کلّی سیستم حلقه-‎بسته‎ تضمین گردد. در ساختار کنترلی ترکیبی پیشنهادی، از تلفیق راهکار کنترل مد لغزشی پایاندار (شامل سطوح لغزشی غیرخطی نوآورانه) و قوانین تطبیقی زمان-متناهی استفاده می ‏شود. این قوانین به منظور تخمین ثابت ‎های فیزیکی مدل، ضرایب نامعلوم نیروهای اصطکاکی، گشتاورهای انسانی نامعلوم و کران بالای نرم اقلیدسی بردار اغتشاش خارجی به کار گرفته می ‎شوند. تحلیل ‎های ریاضیاتی مقاله نشان می ‎دهد که پاسخ‎های زمانی همه‎ ی تخمین ‎ها بعد از سپری شدن زمان متناهی، دقیقاً به مقادیر ثابت همگرا خواهند شد. در انتها، ساختار کنتر‌لی غیرخطی پیشنهادی بر روی یک نوع ربات اسکلت بیرونی دو درجه آزادی مورد شبیه‌ سازی قرار می‌گیرد تا درستی عملکرد و کارایی آن‎ آشکار گردد.  

a combined finite-time control framework for exoskeleton robots by utilizing adaptive-robust nonlinear control method

in this study, by using the adaptive-robust nonlinear control approach, an innovative hybrid finite-time control framework is introduced to tackle the tracking problem for a great group of exoskeleton robots (in the presence of friction forces, two types of uncertainties, and unknown forces generated by the disabled person). according to the tracking aim, angular displacement of robot must exactly tend to required trajectories within the finite time. firstly, a general nonlinear model is represented to characterize dynamical behavior of a typical exoskeleton robot possessing unknown physical constants. to complete this model, friction forces, modelling uncertainties, and unknown human torques (external disturbances) are considered. two components of the exoskeleton model (unknown friction forces and parametric uncertainties) are rewritten as two detached linear regression forms. secondly, a finite-time adaptive-robust nonlinear control structure is proposed to accomplish the aforementioned tracking aim and, as a result, the global finite-time stability is provided for the closed-loop exoskeleton robot. the mentioned finite-time nonlinear controllers are designed by combining the adaptation rules and the terminal sliding mode control strategy (along with new defined sliding manifolds). these adaptation rules estimates model physical constants, unknown coefficients of the friction forces, unknown human torques and upper bound of the euclidean norm of the external disturbance vector. mathematical analysis illustrates that time responses of the estimations precisely tend to constant values after the finite-time. eventually, the combined finite-time control framework is simulated onto the 2-dof exoskeleton numerically and obtained results reveal that the proposed control structure appropriately provides the finite-time tracking objective. the maximum power point tracking objective.