طراحی مکانیکی، شبیه سازی و کنترل بازوی ربات پوششی جهت کاربردهای توان بخشی بازو بعد از سکته مغزی

در این مطالعه، طراحی مکانیکی، شبیه سازی و کنترل بازوی ربات پوششی جهت کاربردهای توان بخشی بازو بعد از سکته ی مغزی، صورت گرفته است. این پایان نامه به 3 فصل عمده تقسیم شده است. در فصل اول ابتدا به معرفی واژه های پرکاربرد در توان بخشی به کمک ربات ها، معرفی ربات های توان بخشی و سینماتیک و دینامیک عضو بالای انسان پرداخته می شود و در ادامه پیشینه ی تحقیق صورت گرفته توسط محققین محترم آورده می شود. در فصل دوم ابتدا به طراحی یک ربات توان بخشی 3 درجه آزادی جدید برای مفصل شانه در نرم افزار مهندسی سالیدورکس پرداخته می شود. اندازه های به کاررفته کامل واقعی بوده و طبق جداولی که برای اندازه های عضو بالایی بدن تدوین شده است، انجام گرفته است. یک مکانیزم دایروی باز جدید برای مفصل سوم پیشنهاد داده شده است تا مشکلات رایج در ربات های توانبخشی مثل سیم کشی طولانی و عدم راحتی مکانیزم های بسته برای بیمار را حل کند. در انتخاب جنس بدنه، سبک بودن کل ربات مهم ترین هدف است و به همین دلیل آلومینیوم به عنوان ماده ای که هم چگالی کم و هم مقاومت در برابر خوردگی را داراست به عنوان جنس بدنه پیشنهاد شده است. با توجه به 3 درجه آزادی ربات نیاز به 3 محرکه داریم. محرکه ها با توجه به بیشینه گشتاور اعمالی به هر مفصل انتخاب و پیشنهاد می شود. در ادامه ی این فصل سینماتیک مستقیم و معکوس، ماتریس ژاکوبین، نقاط تکین و دینامیک ربات بحث شده است. سینماتیک ربات توسط روش دناویت-هارتنبرگ و دینامیک ربات توسط روش دالامبر تعمیم یافته به دست آمده است. در ادامه به منظور مطالعه ی توانایی عملکرد ربات در دنبال کردن خط سیرهای بهینه، کنترل کننده هایی پیاده سازی شده اند.کنترل کننده های پیاده سازی شده در توان بخشی پسیو که در آن ربات عضو بیمار را در طول خط سیر مطلوب جلو می برد کاربرد دارد. خط سیرهای مطلوب در فضای مفصلی طراحی شده اند. در ادامه کنترل کننده های اعمال شده به بحث گذاشته شده اند. چهار روش کنترلی ، pid، pd با جبران گرانش ، دینامیک معکوس و کنترل کننده ی لیاپانوف برای ردیابی خط سیر بهینه، پیشنهاد شده اند. هر سه کنترل کننده عملکرد خوبی در ردیابی خط سیر بهینه از خود نشان دادند. کنترل کننده ی دینامیک معکوس، به شدت به نامعینی های پارامتر حساس است و بر پایه ی خطی سازی و دکوپله کردن معادله است و این در حالی است که کنترل کننده ی لیاپانوف، یک نوع کنترل کننده بر پایه ی قضیه ی انفعال است که به خطی سازی یا دکوپله کردن معادله، وابستگی ندارد. کنترل کننده مقاوم است و تغییر پارامترهای ربات نقشی در عملکرد آن ندارد. مزیت اصلی ربات ارائه شده در مقایسه با سیستم های مشابه، کم وزن بودن، مکانیزم ویژه برای مفصل سوم که مسائل مربوط به سیم کشی های طولانی و ناراحتی های ناشی از مکانیزم های بسته را حل می کند، تامین درجات آزادی انتقالی علاوه بر درجات آزادی دورانی، مساله ی رایج در ربات های توانبخشی که مفاصل ربات باید دقیقا منطبق با مفاصل بازو باشند را حل می کند، راحتی استفاده، راحت بودن برای بیمار و عملکرد ردیابی کنترل کننده ها، می باشد. در فصل سوم نتیجه گیری و پیشنهاد ها برای کار آینده آورده شده است.