ارائه مدل پارامتری برای گام برداری مبتنی بر قید با پیاده سازی بر ربات اسکلت خارجی اکسوپد

ربات اسکلت خارجی پایین تنه یکی از فناوری‌های کمک حرکتی می‌باشد که پیشرفت‌های زیادی در سال‌های اخیر داشته است. یکی از اساسی ترین مباحث در طراحی این ربات ها، تعیین الگوی گام برداری می‌باشد. در ربات‌های اسکلت خارجی موجود معمولاً از الگوی گام از پیش ثبت شده توسط انسان سالم برای ربات استفاده می‌شود. این روش دارای محدودیت‌هایی از جمله اشغال حجم ذخیره سازی داده و عدم تنظیم مناسب الگوی گام در پارامترهای گام برداری مختلف می‌باشد. بنابراین استفاده از مدل‌های ریاضی برای راه رفتن با ربات‌های اسکلت خارجی ضروری است. تاکنون مدل‌های ریاضی ساده‌ای برای گام برداری انسان سالم و همچنین ربات‌های انسان نما ارائه شده است. ولی به دلیل محدودیت‌های جسمانی بیماران استفاده کننده از ربات اسکلت خارجی، استفاده از این مدل‌ها خطر اعمال گشتاور غیرطبیعی و به دنبال آن آسیب به مفاصل بیمار و همچنین موتورهای ربات را در پی دارد. در این مقاله محدودیت‌های موجود در قالب قیدهای ریاضی در نظر گرفته شده و مدل‌های ریاضی مناسبی برای موقعیت مفاصل بر اساس این قیدها ارائه شده است. سپس با داشتن معادلات سینماتیک معکوس، الگوی گام مطلوب در قالب زوایای مفاصل بدست آمده است. پارامترهای موجود در مدل ارائه شده شامل طول، ارتفاع و سرعت گام برداری و همچنین طول ساق و ران کاربر می‌باشد. مدل ارائه شده بر روی ربات اکسوپد پیاده شده است که رضایت کاربران عملکرد خوب مدل ارائه شده را تایید می‌کند.

Parametric Model of Human Constrained Gait with Implementation on Exoped Exoskeleton

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 prerecorded 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 rsquo;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.