مدل سازی دینامیکی و کنترل ربات اسکلت خارجی پایین تنه

امروزه دسته ی جدیدی از ربات ها به نام ربات های اسکلت خارجی که بر بدن انسان پوشانده می شوند توجه محققان را به خود جلب نموده است. البته ایده¬ی رباتی که بتوان آن¬را پوشید و باعث افزایش قدرت انسان شود و توانایی بلند کردن و جابجایی قطعات سنگین را به انسان بدهد از دیرباز ذهن انسان را به خود جلب کرده بود. این نمونه از ربات¬ها برای کل بدن یا قسمتی از آن قابل طراحی و ساخت است که در این پایان نامه جهت کمک به معلولین و جانبازان عزیز روی مدل¬سازی، دینامیک و کنترل نوع پایین تنه آن پرداخته شده است. از آنجا که تنها چند کشور محدود مانند آمریکا و ژاپن به این دانش دست پیدا نموده¬اند و به نتایج سودمندی در زمینه¬های نظامی و کمک به معلولان رسیده¬اند، بر آن شدیم که پای در این عرصه گذاشته و این دانش نوپا در کشور عزیزمان نیز به¬کار گرفته شود. با این وجود راه زیاد و مشکلات فراوانی در این زمینه وجود دارد که نمی¬توان در این پژوهش به همه¬ی جوانب امر پرداخت. امید است که پایه¬ای بر کار¬های آینده باشد. در این پایان¬نامه مدل¬سازی دینامیکی اساس کار قرار گرفته و با به¬دست آوردن معادلات دینامیکی حرکت، پایه کار¬های بعدی و به¬دست آوردن پایداری و کنترل سیستم فراهم گردیده¬است. در مقالات موجود به صورت کامل و واضح به این منظور پرداخته نشده¬است و تنها نمونه¬های ساده بررسی شده¬اند که جهت شبیه¬سازی مناسب نیستند. بنابراین معادلات دینامیکی سیستم را بر اساس روش لاگرانژ و در نظر گرفتن نه درجه آزادی برای مدل هفت عضوی به¬دست آورده و سپس به شبیه¬سازی معادلات و بررسی صحت آن¬ها در جعبه ابزار سیمولینک پرداخته شده است. جهت شبیه¬سازی احتیاج به داده¬های راه رفتن انسان سالم است. این داده¬ها به صورت معمول توسط آزمایش در آزمایشگاه¬های توان¬بخشی به¬دست می¬آیند ولی بنا بر محدودیت¬های موجود این نیاز به کمک داده¬های جمع¬آوری شده¬ توسط وینتر که بسیار معتبر است، رفع گردیده است. پس از صحت سنجی معادلات حاصل به کنترل ربات پرداخته می¬شود. برای این منظور کنترل تطبیقی مناسب تشخیص داده¬شد تا عدم قطعیت¬های موجود در پارامتر¬های سیستم را برطرف گرداند و سیستم با همان زوایای مناسب طراحی به حرکت خود ادامه دهد. در این راستا با کنترل دینامیک معکوس وفقی و کنترل بر اساس غیر فعالیت وفقی به کنترل ربات پرداخته شده و نتایج خوبی حاصل گردیده است. در نهایت پس از بررسی کنترل به پایداری حرکت ربات پرداخته شده است. از آنجا که حرکت ربات پویا است، دو روش نقطه¬ی ممان صفر و نقطه¬ی نشانگر چرخشی پا وجود دارد. برای اولین¬بار با استفاده از روش نشانگر چرخش پا که روش کاملتری نسبت به روش دیگر است مسأله¬ی پایداری حرکت بررسی گردیده است. این روش در صورت ناپایداری مقدار آن¬را نیز مشخص می¬کند.