تصميم وسيطرة مثلى لروبوت هيكل خارجي سيبراني للأطراف السفلية لإعادة تأهيل المشي

الباحث

نصر الله عودة سعدي

المشرف

قاسم عباس عطية - سفانة مظهر رفعت

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Exoskeleton robot;Gait rehabilitation;Optimal control;Lower limb

أصبحت الهياكل الخارجية أداة قوية للغاية لمساعدة المعالجين في إعادة تأهيل المرضى الذين عانوا من حالات عصبية ، ولا سيما السكتة الدماغية أو إصابة الحبل الشوكي. يقدم هذا العمل هيكلا Ll Ua le مصممًا للمساعدة في التدريب على المشي فوق الأرض للمرضى الذين يعانون من عجز في تنسيق المشي. الجهاز عبارة عن هيكل خارجي ثنائي مع ست درجات من الحرية. تم تطوير عنصر تحكم في المسار التكيفي لتوجيه طرف المريض داخل المسار المطلوب ¢ مما يسمح بالانحراف ely على عزم الدوران للتفاعل بين المستخدم والهيكل الخارجي. تظهر النتائج التجريبية أن الهيكل الخارجي يمكنه تكييف نمط المشي المسجل مسبقًا لنمط المشي لمستخدم معين تهدف هذه الدراسة إلى تصميم روبوت لهيكل خارجي يمكن ارتداؤه ليحل محل أرجل الأشخاص المشلولين أو المعوقين ويوفر لهم القدرة على المشي. سيكون الروبوت ذو الهيكل الخارجي القابل للارتداء نظامًا USS يلبي متطلبات المشي ويزيل عيوب الكراسي المتحركة ومركبات المساعدة على الحركة. سيكون الروبوت جهارًا يمكن ارتداؤه مثل البنطال وسيعمل على تنفيذ المهام اليومية للمستخدمين. ستعمل الروبوتات على زيادة قدرات المستخدمين على المناورة ودعم أرجل المستخدمين والمساعدة في حركة المشي للمستخدمين بفضل مفاصل 3 درجات من الحرية (DOF) المصممة لكل ساق ويتم تشغيلها بواسطة مشغلات كهربائية تعمل بالتيار المستمر. يشمل تصميم الروبوت الهيكلي الخارجي القابل للارتداء نمذجة وتصميم الروبوت باستخدام برنامج حاسوبي للنمذجة الصلبة (Solidworks) ، واختيار المواد المناسبة لعمليات تصنيع الروبوت ، وتحليل قوة الجزء المهم من الروبوت ¢ والنمذجة الرياضية للنظام ، تصميم وتصنيع آلة الاختبار وإيجاد أنسب مجموعة مشي من خلال التحقق من درجة حرية كل مفاصل على الساقين. بالإضافة إلى التصميم الميكانيكي للروبوت ذي الهيكل الخارجي القابل للارتداء ، تم تصميم دائرة إلكترونية وتصنيعها من أجل التحكم في حركة كل مفصل ووقت حركة المشي. علاوة على ذلك ، من أجل التحكم في الروبوت من قبل المستخدمين ، يتم تصنيع وحدة dm gl مفاتيح على الروبوت ويتم وصف وظائف الضرورة في البرنامج. نتيجة لهذه الأطروحة ؛ يتم تصنيع روبوت ذو هيكل خارجي يمكن ارتداؤه لاستخدامه كمساعد للمشي. تم تصميم الهيكل الخارجي المقترح باستخدام برنامج )2017 (SOLIDWORKS واستخدمت سبائك الألومنيوم والجلد المرن لبناء الأضلاع وحوامل المشغلات. تم تحليل النموذج الحركي للطرف الروبوتي مع المفصل ذات الثلاث درجات من الحرية والذي يتضمن الحركيات الأمامية والمعكوسة للتحكم في حركة الارجل. استخدم برنامج الماتلاب لمحاكاة الخصائص الحركية لأطراف الروبوت. calls تم ربط دائرة إلكترونية بين برنامج واجهة المستخدم الرسومية والهيكل الخارجي الروبوتي باستخدام متحكم الأردوينو لتنفيذ حركة الروبوت والتحكم فيها وتحقيق الحل المناسب للخصائص الحركية. يناقش العمل الحالي التحكم الأمثل في التغذية الراجعة للهيكل الخارجي للطرف السفلي عن طريق تحديد مصفوفات الترجيح الأمثل لمنظم تربيعي خطي (LQR) تم تطوير نموذج مبسط للمشي البشري يتمتع بثلاث درجات من الحرية لوصف ديناميكيات دورة المشي. النظام خطي حول المسار المرجعي لتطبيق وحدة تحكم مثالية. لوحظ أن اختيار مصفوفات الوزن مهم لأداء جهاز التحكم. Gyo Yar مصفوفات الوزن القطري التقليدية ، تم استخدام مصفوفة الوزن المتمائل الأكثر تعقيدًا في الدراسة. تمت صياغة مشكلة التحسين للعثور على مصفوفة الترجيح المثلى عن طريق تقليل خطأ تتبع زوايا المفصل. ثم يتم استخدام الخوارزمية الجينية للفرز غير المسيطر (NSGA) للحصول على حل لمشكلة التحسين المقيدة متعددة الأغراض. نفذت هذه الدراسة تحليل الإجهاد للتصميم المقترح باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) يتم استخدام برنامج ANSYS التجاري المستند إلى FEA تظهر نتائج المحاكاة أن التصميم المطور للهياكل الخارجية للأطراف السفلية آمن للمساعدة في المشي. يمكن أن تكون هذه النتيجة aad Sala تصميم موثوق للهياكل الخارجية.

Patients with neurological problems, such as stroke or spinal cord injury, benefit greatly from the use of exoskeletons, which have evolved into an extremely useful tool for therapists. Patients with weak gait coordination can benefit from this robotic exoskeleton in above-ground gait training. This is a six-degree-of-freedom bilateral exoskeleton. For the patient's limb, an adaptive trajectory control has been devised that allows for deflection based on torque for the user-exoskeleton interactions. According to experiments, the exoskeleton is able to adjust the recorded walking pattern to a specific user's walking pattern. Robotic exoskeletons that can be worn by paraplegic or disabled people to help them walk are the goal of this research. Using a wearable exoskeleton, the robot will be able to meet the needs of walking and eliminate the shortcomings of wheelchairs and other mobility aids. As if it were a pair of panties, the wearable robot will take over the user's regular chores. Using DC electric actuators and 3-degrees of freedom (DOF) joints in each leg, the robots will boost user agility, support their legs, and aid them in walking. SolidWorks is used for the modeling and design of the wearable exoskeleton, which includes the selection of materials suitable for robot fabrication processes, an assessment of the strength and stability in key areas, and a mathematical model to help design and build a test machine. The most appropriate gait group is determined by assessing the degree of freedom in all leg joints. For the exoskeleton wearable robot, an electronic circuit has been created and fabricated to regulate the movement of each joint as well as walk time. Additionally, a keyboard module is built into the robot and the relevant capabilities are documented in the programme so that the robot may be operated by humans. As a result of this thesis, a robot exoskeleton that can be worn as a walking aid is now being developed. The outward structure that has been proposed was created utilizing (SOLIDWORKS 2017 software). The ribs and trigger mounts were made of aluminum alloy and soft calfskin. The forward and backward kinematics for controlling the movement of the legs were examined in the kinematic model of the robotic limb with three degrees of freedom joint. The kinematics of the robot's limbs can be simulated using MATLAB. As part of the graphical user interface, an Arduino microcontroller was used to implement and control the robot's movement and find an appropriate solution to its kinematic properties. In this paper, the ideal weighting matrices for a linear quadratic regulator are defined in order to regulate the lower limb exoskeleton with optimal feedback (LQR). A three-degree-of-freedom model of the human gait cycle was constructed to better understand the mechanics of the gait cycle. The system is linear in relation to the ideal path for a console application. The performance of the controller is dependent on the selection of weight matrices. The study used a more sophisticated symmetric weight matrix instead of the standard diagonal weight matrices that have been used in the past. By minimizing the tracking error, the optimization problem is stated to discover the ideal weighting matrix. The multipurpose constrained optimization issue is then solved using the NSGA (Non-Dominant Sorting Genetic Algorithm). This study used finite element analysis to perform a stress analysis on the suggested design (FEA). Software developed by ANSYS is used for FEA simulations. According to the results of computer simulations, the new design of lower-extremity exoskeletons is safe to use as a walking aid. Exoskeleton design can benefit from this study's findings.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب