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

در این مقاله 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 می شود از جمله مشکلات عمده ربات های اسکلت خارجی می باشد. به منظور کاهش اثر اغتشاش و افزایش دقت، از ترکیب کنترل فعال نیرو (حلقه اصلاحی ورودی کنترلی) با کنترل موقعیت به عنوان روشی کارآمد و مقاوم استفاده می شود. در روش کنترل فعال نیرو، برای استخراج ورودی کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات اعمال شده، ممان اینرسی لینک های 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 می شود. برای حلقه کنترل موقعیت نیز دو کنترل کننده مد لغزشی وخطی سازی پسخورد طراحی شده است. به منظور اعتبارسنجی، ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و ورودی کنترلی حاصل از کنترل کننده های 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 کننده های موقعیت در حالت ترکیبی و معمولی (بدون حلقه کنترل نیرو) با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی ترکیبی ارائه شده نسبت به دیگر کنترل کننده های فوق می باشد.

Keywords:

Exoskeleton , Dynamic modeling , Sliding mode control , Active force control. Harmony search algorithm , ربات اسکلت خارجی , مدل سازی دینامیکی , کنترل مد لغزشی , کنترل فعال نیرو , الگوریتم جستجوی هارمونی