کنترل نیروی فعال ترکیبی مقاوم بهینه یک ربات اسکلت خارجی پایین تنه

در این تحقیق یک کنترل کننده نیروی فعال ترکیبی مقاوم بهینه بر مبنای الگوریتم جستجوی هارمونی برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه طراحی شده است. معادلات دینامیکی به روش لاگرانژ با در نظر گرفتن سه عملگر روی مفاصل ران، زانو و قوزک به منظور تعقیب یک مسیر مشخص استخراج شده است. عدم هماهنگی حرکات و تبادل نیرو بین ربات با بدن انسان که به صورت اغتشاش به ربات اعمال می‌شود از جمله مشکلات عمده ربات‌های اسکلت خارجی می‌باشد. به منظور کاهش اثر اغتشاش و افزایش دقت، از ترکیب کنترل فعال نیرو (حلقه اصلاحی ورودی کنترلی) با کنترل موقعیت به‌عنوان روشی کارآمد و مقاوم استفاده می‌شود. در روش کنترل فعال نیرو، برای استخراج ورودی کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات اعمال شده، ممان اینرسی لینک‌های رابط در هر لحظه با مینیمم کردن معیار خطای itae و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی تخمین زده شده و بر مبنای تخمین حاصل، ورودی کنترلی اصلاح می‌شود. برای حلقه کنترل موقعیت نیز دو کنترل کننده مد لغزشی وخطی سازی پسخورد طراحی شده است. به منظور اعتبارسنجی، ربات در نرم‌افزار آدامز مدل شده و ورودی کنترلی حاصل از کنترل کننده‌های نیرو و موقعیت طراحی شده به مدل استخراجی از آدامز اعمال شده است. برای مقایسه منطقی، پارامترهای کنترلی با الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده و سپس عملکرد کنترل کننده‌های موقعیت در حالت ترکیبی و معمولی (بدون حلقه کنترل نیرو) با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج به‌دست آمده بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی ترکیبی ارائه شده نسبت به دیگر کنترل کننده‌های فوق می‌باشد.

Optimal Robust Hybrid Active Force Control of a Lower Limb Exoskeleton

In this paper, an optimal robust hybrid active force controller based on Harmony Search Algorithm is designed for a lower limb exoskeleton robot. Dynamic equations are derived using Lagrange method by considering three actuators on the hip, knee and ankle joints to track a specific trajectory. One of the major problems of exoskeleton robots is nonsynchronization of movements and transfer of power between the robot and human body which affects the robot in form of disturbance. In order to mitigate the effect of disturbances and increase precision, combination of active force control (Corrective loop of control input) with position control is used as an effective and robust method. In the active force control, to elicit robust input control against disturbances, the moment of inertia of the links is estimated at each instant by minimizing the Criteria of ITAE and the control input rate, using the Harmony Search algorithm and the control input is modified. Also, two controllers are designed for the position control loop using sliding mode and feedback linearization methods. In order to validate the performance of the designed controllers, the robot is modeled in ADAMS and control inputs are applied to the Adams model. For appropriate comparison, all control parameters are optimized using the harmony search algorithm and then performance of position controllers are compared in hybrid and conventional (without the force control loop). Results indicate the outperforming of the hybrid sliding mode controller rather than to the other designed controllers.