Loading...

Control of Exoskeletal System in Coordination with Upper Extremity System

Ghassemi, Mohammad | 2014

1464 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 45948 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Jahed, Mehran
  7. Abstract:
  8. With technological advances in fabrication and control of prosthesis and assistive devices the importance of such systems has increased drastically. On the other hand the appropriate coupling of these devices, especially the exoskeletal systems with the upper or lower extremities is of immense importance as it is an integral part of the control system. In particular, the control strategy and its ability to adapt the exoskeletal system with the existing and physiological functionality of the user, is an integral part of the system requirement. In the controller implementation, a number of methods are proposed including using the excitation signal, similar to the existing neuromuscular system. However as the control system of such exoskeletal structures does not consider the complexity of the adjacent neuromuscular system and its intrinsic control system, it may not fully comply with its counterpart. In fact, due to the varying nature of the neuromuscular systemsfordifferent users,such exoskeletal controllers are not practically feasible in comprehensive functionalities. The goal of this research is to develop a reliable model of neuromuscular and musculoskeletal systems and its coupling with the exoskeleton system. Based on this model, proper controllers for the exoskeleton as an aiding device for the upper extremity are proposed. The proposed musculoskeletal model includes musculotendon dynamics, musculoskeletal geometry, and linkage dynamics. This model uses the activation of muscles as an input to the controller, in order to calculate the desired position and required motion of the exoskeleton. This information is then utilized by the exoskeletal controller which includes proposed Basic Lyapanov and Impedance controllers as the most suitable strategies in such effort
  9. Keywords:
  10. Exoskeleton ; Muscular Model ; Musculoskeletal System ; Robot Control ; Electromyography ; Upper Limb

 Digital Object List

 Bookmark

  • ۱- مقدمه
    • 1-1- درآمدی بر اهمیت توان‌بخشی و نقش اسکلت‌خارجی در آن
    • 1-2- اهمیت کنترل اسکلت‌خارجی
    • 1-3- روش پیشنهادی
    • 1-4- آنچه در پی می‌آید
    • 1-5- نتیجه‌گیری
  • ۲- مروری بر ادبیات
    • 2-1- روش‌های مبتنی بر تشخیص الگو
    • ۲-۲- روش‌های مبتنی بر مدل‌های جعبه سیاه
    • 2-3- روش‌های مبتنی بر مدل‌سازی فیزیولوژیکی
    • 2-4- جمع‌بندی
  • ۳- سیستم ماهیچه-اسکلتی دست (بازو و ساعد) و معرفی سیستم پیشنهادی
    • ۳-۱- الکترومایوگرام
    • ۳-۲- مدل‌های ماهیچه‌ای نوع هیل
      • ۳-۲-۱- خواص نیرو-طول ماهیچه
      • ۳-۲-۲- خواص سرعت-نیروی ماهیچه
    • ۳-۳- آرایش هندسی ماهیچه
    • ۳-۴- خواص تاندون
    • ۳-۵- بازوی ممان
    • 3-6- مدل ماهیچه‌ای-اسکلتی پیشنهادی
      • 3-6-1- طول و بازوی ممان ماهیچه
      • 3-6-2- مدل ماهیچه پیشنهادی
      • 3-6-3- مدل ماهیچه‌ای کامل آرنج
      • 3-6-4- مدل مفصل آرنج
    • ۳-7- جمع‌بندی
  • ۴- پیش‌درآمد و مدل سینماتیکی و دینامیکی دست و روبات اسکلت‌خارجی
    • ۴-۱- مدل سینماتیکی
    • ۴-۲- روابط بین دو دستگاه مختصات
    • ۴-۳- حرکت نسبی دو دستگاه مختصات
    • ۴-۴- محاسبه‌ی سینماتیک
    • ۴-۵- قوانین دناویت و هارتنبرگ131F
    • ۴-۶- محاسبه ژاکوبین
    • ۴-۷- دینامیک
      • ۴-۷-۱- روش نیوتن
      • ۴-۷-۲ روش اویلر لاگرانژ
    • 4-8- مدل پیشنهادی
      • 4-8-1- مدل ۷ درجه آزادی دست
      • 4-8-3- اسکلت‌خارجی
    • 4-9- جمع‌بندی
  • 5- کنترل‌گر پیشنهادی برای اسکلت‌خارجی
    • 5-1- اهداف کنترل
    • 5-2- اسکلت‌خارجی به عنوان بازوی‌ماهر149F
    • 5-3- کنترل روبات
      • 5-3-1- کنترل‌گر تناسب-مشتق151F
      • 5-3-2- کنترل‌گر لیاپانوف‌پایه153F
      • 5-3-3- کنترل‌گر امپدانس
    • 5-4- استراتژی کنترل‌گر پیشنهادی
    • 5-5- جمع‌بندی
  • 6- نتایج
    • 6-۱- نتایج شبیه‌سازی مدل ماهیچه‌ای-اسکلتی
    • 6-2- نتایج شبیه‌سازی کنترل‌گر
    • 6-۳- آزمایش تجربی
    • 6-4- جمع‌بندی
  • 7- جمع‌بندی، نتیجه‌گیری و پیشنهادها
  • 8- کتاب‌نامه
  • Blank Page
...see more