ارائه‌کننده: حبیب محمد
استاد راهنما: دکتر سجاد ازگلی
استاد مشاور: دکتر فادی متوج
استاد ناظر داخلی اول: دکتر وحید جوهری مجد
استاد ناظر داخلی دوم: دکتر مهدی سجودی
استاد ناظر خارج از دانشگاه اول: دکتر حمید خالوزاده (دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی)
استاد ناظر خارج از دانشگاه دوم: دکتر عباس احسانی سرشت (دانشگاه حکیم سبزواری)
تاریخ: 1402/11/03
ساعت: 9 تا 12
مکان: اتاق شورا طبقه هفت شماره 711
چکیده:
توسعه اسکلت بیرونی اندام تحتانی در سال‌های اخیر موردتوجه قرارگرفته است. اسکلت بیرونی اندام تحتانی را به‌طورکلی می‌توان به دودسته طبقه‌بندی کرد، که هرکدام نیازهای بیمار را برآورده می‌کنند و از روش‌های کنترل متفاوتی استفاده می‌کنند. دسته اول که 'توان‌بخشی' نامیده می‌شود، برای کمک به بیماران مبتلابه ضعف عضلانی و بازیابی قدرت اسکلتی عضلانی طراحی‌شده است و از یک استراتژی کنترل 'کمک به نیاز' استفاده می‌کند. دسته دوم که 'کمکی' نامیده می‌شود برای کمک به بیماران مبتلابه فلج کامل پایین‌تنه برای راه رفتن مجدد هست و از استراتژی کنترل 'موقعیت' استفاده می‌کند. در این رساله فقط بر روی دسته دوم تمرکز خواهیم کرد. استراتژی کنترل موقعیت به سه سطح تقسیم می‌شود. کنترل سطح بالا که پارامترهای راه رفتن را بر اساس قصد کاربر و شرایط محیط تعیین می‌کند. کنترل سطح متوسط که الگوی راه رفتن را با توجه به پارامترهای راه رفتن تولید می‌کند و کنترل سطح پایین که مسیرهای تولیدشده مفاصل را مانند PID، دنبال می‌کند. با توجه به فلج بودن اندام تحتانی بیمار، هنوز چالش‌هایی در دو سطح اول و دوم وجود دارد. در سطح اول، معمولاً قصد راه رفتن کاربر فقط شروع گام برداشتن ربات است و به روش‌های مختلف درک شده است، درحالی‌که در این رساله شرط شروع به حرکت بر اساس بهتر بودن تعادل جانبی ربات پیشنهاد می‌شود. برای بیماران فلج ضروری است که بر اساس قصد خود با پارامترهای خاص گام، ازجمله طول گام، ارتفاع گام، و زمان گام راه بروند. مواقعی که مانع یا شیب/پله وجود داشته باشد، پارامترهای گام برداری باید بر اساس مشخصات آن‌ها فراهم شود که در این پژوهش با استفاده از حسگر لیزری و روش‌های هوشمند مشخص‌شده است. روش‌های تولید الگوی راه رفتن موجود دارای محدودیت‌هایی ازجمله عدم تنظيم مناسب الگوی گام برداری بر اساس پارامترهای گام برداری مختلف، بهينه نبودن مسيرها، یا زمان حقيقي نبودن الگوريتم توليد مسیر هستند. در این رساله دو روش تولید مسیر بهینه برخط بر اساس پارامترهای گام برداری در فضای دکارتی و مفصلی ارائه می‌شود. با تعریف یک مسئله کنترل بهینه با قیدهای شرايط نهايي تغییرپذیر، مسیرهای بهینه مدنظر به دست می‌آید. شرایط مرزی مسئله‌ی بهینه، تولید الگوی گام برداری مناسب بر اساس پارامترهای گام برداری را به عهده می‌گیرد. باقابلیت تعمیم دادن این شرایط مرزی، مسیرهایی برای سناریوهای مختلف اعم از اجتناب از مانع و بالا/پایین رفتن از پله/شیب تولید می‌شوند. در فضای دکارتی، سه بلوک مولد مسیر برای تولید الگوی راه رفتن ساخته می‌شود. بلوک اول برای مرکز جرم سیستم اسکلت بیرونی-انسان در فاز پشتیبانی است و مسیری برای اینکه بیمار احساس راحتی کند پیشنهاد داده می‌شود، درحالی‌که بلوک دوم و سوم برای پای پشتیبانی و پای نوسان در فاز نوسان هستند. مسیری برای پای پشتیبانی بر اساس تعادل دینامیکی و با استفاده از معیار مرکز فشار CoP تولید می‌شود، اما برای پای نوسان مسیری با حداقل گشتاور موتورهای مفاصل برنامه‌ریزی می‌شود. در فضای مفصلی، سه نوع مولد مسیر پیشنهاد داده می‌شود که هر سه مولد، مسیر مفاصل ربات و الگوی راه رفتن تولید می‌کنند. نوع اول مسیر مفاصل را با حداقل شتاب زاویه‌ای تولید می‌کند و نوع دوم مسیر مفاصل را با حداقل پیچ‌وخم تولید می‌کند. اما نوع سوم مولد مسیر چندهدفه است که مزایای هر دو مولد قبلی پوشش می‌دهد. برای ارزيابي روش‌های ارائه‌شده آزمایش‌های مختلفی به‌صورت شبیه‌سازی و پیاده‌سازی عملی بر روی ربات اسكلت بیرونی اکسوپد موردبررسی قرارگرفته است و در آنجا نتایج به‌دست‌آمده عملکرد خوبی نشان می‌دهد. |