پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 9 |
| تعداد شمارهها | 447 |
| تعداد مقالات | 5,733 |
| تعداد مشاهده مقاله | 8,044,040 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,545,268 |
کنترل بهینه تطبیقی مد لغزشی فراپیچشی برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 14، دوره 52، شماره 12، اسفند 1399، صفحه 3533-3548 اصل مقاله (2.7 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2019.16292.6321 | ||
| نویسندگان | ||
| مجید مختاری1؛ مصطفی تقی زاده* 2؛ محمود مزارع3 | ||
| 1دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران | ||
| 2هیئت علمی/ دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی عباسپور | ||
| 3دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران، | ||
| چکیده | ||
| اغتشاش و عدم قطعیت با دامنه نامعلوم از عواملی است که عملکرد ربات های اسکلت خارجی را با مشکل مواجه کرده است. یکی از روش های کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی بوده که با بکارگیری لایه مرزی به منظور مقابله با چترینگ، عملکرد مقاوم آن تضعیف میشود. برای مقابله، الگوریتمهای کنترلی مرتبه بالا مانند مد لغزشی فراپیچشی پیشنهاد شده که بدون در نظر گرفتن لایه مرزی، چترینگ را تا حدودی کاهش میدهند. در این مقاله، یک کنترلر مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی بهینه برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه پیشنهاد شده که در آن متغیر لغزشی و مشتقات آن در حضور اغتشاش محدود با دامنه نامعلوم به سمت صفر میل میکنند. مسیر مفصل بالا تنه بهگونهای تعیین شده که در هر لحظه پایداری ربات طبق معیار نقطه گشتاور صفر حاصل شود. بهمنظور دستیابی به حداکثر پایداری و کمترین خطا در ردیابی مسیرها، پارامترهای کنترلر و مسیر بالا تنه، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده اند. برای اعتبارسنجی ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس ورودیهای کنترلی به مدل استخراج شده از آدامز اعمال شدهاند. در نهایت عملکرد دو کنترلر با هم مقایسه شده که نتایج برتری روش کنترلی پیشنهادی نسبت به کنترل کننده مد لغزشی بهینه را نشان میدهند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| ربات اسکلت خارجی؛ کنترل تطبیقی؛ کنترل مد لغزشی فراپیچشی؛ الگوریتم جستجوی هارمونی؛ معیار نقطه گشتاور صفر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Optimal Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Control of an Lower Limb Exoskeleton | ||
| نویسندگان [English] | ||
| majid mokhtari1؛ Mostafa Taghizadeh2؛ mahmood mazare3 | ||
| 1School of Mechanical engineering, ShahidBeheshti University, Tehran, Iran | ||
| 2shahid beheshti university | ||
| 3School of Mechanical Engineering, ShahidBeheshtiUniversity, Tehran, Iran. | ||
| چکیده [English] | ||
| Disturbance and bounded uncertainty are the most important factors which can be degrade efficient performance of the lower limb exoskeleton. While sliding mode control is a robust control approach against such disturbances, however, by applying the boundary layer in spite of chattering phenomenon, robust performance becomes feeble. In order to overcome this drawback, high order sliding mode algorithms like supper twisting has been proposed in which, chattering phenomenon is mitigated by eliminating the boundary layer. In this paper, an adaptive supper twisting sliding mode control is proposed for a lower limb exoskeleton robot in which the sliding variable and its derivative tend to zero continuously in presence of the disturbance and bounded uncertainty. In addition, the desired trajectory of the upper limb is determined so that in each moment the stability of the robot is guaranteed based on zero momentum point criterion. To achieve maximum stability and minimum error in tracking of the desired trajectories, the controller parameters and the upper limb desired trajectory parameters are optimized using the Harmony Search algorithm. Robot is modeled in ADAMS and then control inputs are applied to the Adams model. Finally, Performance of two controllers is compared. Simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller rather than the optimal sliding mode controller. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Exoskeleton, Adaptive control, Super-twisting sliding mode control, Harmony search algorithm, Zero momentum point | ||
| مراجع | ||
|
[1] R. Bogue, Exoskeletons and robotic prosthetics: a review of recent developments, Industrial Robot: An International Journal, 36(5) (2009) 421-427. [2] R. S. Mosher, Handy man to Hardiman,Technical Report,SAE Technical Paper, (1967). [3] M. Vukobratovic, B. Borovac, D. Surla, D. Stokic, Biped Locomotion, Springer-Verlag, Berlin, (1990) 1-349. [4] S. Jezernik, G. Colombo, T. Kelly, H. Frueh, M. Morari, Robotic Orthosis Lokomat: A rehabilitation and research tool, Technology at the Neural Interface, 6(1) (2003) 108–115. [5] A. Duschau-Wicke, T. Brunsch, L. Lünenburger, R. Riener, Adaptive support for Patient-Cooperative gait rehabilitation with the lokomat, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems Acropolis Convention Center Nice, France, 2008. [6]H. Kazerooni, Hybrid Control of the berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX), The International Journal of Robotics, 25(2) (2006) 561-573. [7]B. Siciliano, O. Khatib, Springer Handbook of Robotics, Springer-Verlag, Berlin, (2008) 773-793. [8] T. Yan, M. Cempini, C. M. Oddo, N. Vitiello, Review of assistive strategies in powered lower-limb orthosis and exoskeletons, Robotics and Autonomous Systems, 64(1) (2015) 120-136. [9] X. Wanga, X. Li, J. Wang, X. Fang, X. Zhub, model[1]free adaptive sliding mode control for the multi degree[1]of-freedom robotic exoskeleton,Information Sciences, 327(1) (2015) 246-257 . [10] S. Chen, B. Yao, X. Zhu, Z. Chen, Q. Wang, S. Zhu, Y. Song, Adaptive Robust Backstepping Force Control of 1-DOF Joint Exoskeleton for Human Performance Augmentation, IFAC, 48(1) (2015) 142–147. [11] S. Han, H. Wang, Y. Tian, Advances in Engineering Software journal Model-free based adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control with time-delay estimation for a 12 DOF multi-functional lower limb exoskeleton, Advances in Engineering Software, 119(1)(2018) 38–47. [12] A. Goel, A. Swarup, MIMO Uncertain Nonlinear System Control via Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode and its Application to Robotic Manipulator, J Control Autom Electr Syst, 28(1) (2018) 36–49. [13] T. Madani, B. Daachi, K. Djouani, Non-singular terminal sliding mode controller: Application to an actuated exoskeleton, Mechatronics, 33(1) (2016) 136–145. [14] C. Edwards, E. F. Colet, L. Fridman, Advances in variable structure and sliding mode control, Springer, Berlin, (2006) 50-280. [15] A. Sabanovic, L. M. Fridman, S. K. Spurgeon, Variable structure systems: from principles to implementation, IEEE Transactions digital library, 66 (7) (2004) 445-456. [16] G. Bartolini, A. Ferrara, E. Usai, V. I. Utkin, On multi[1]input chattering-free second-order sliding mode control, IEEE transactions on automatic control, 45(9) (200) 1711-1717. [17] Y. Shtessel, C. Edward, L. Fridman, A. Levant, Sliding Mode Control and Observation, Springer, New York, (2014) 135-255. [18] A. Moreno, M. Osorio, A Lyapunov approach to second order sliding mode controllers and observer, 47th IEEE Conference on Decision and Control, Mexico, Cancun, 2008. [19] F. Zargham, A. H. Mazinan, Super-twisting sliding mode control approach with its application to wind turbine systems, Springer, 11(1) (2018) 1-19. [20] A. Goel, A. Swarup, MIMO Uncertain Nonlinear System Control via Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode and its Application to Robotic Manipulator,Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 28(1) (2017) 36–49 [21] D. Liang, L. Jian, Q. Ronghai, Super-Twisting Algorithm Based Sliding-Mode Observer with Online Parameter Estimation for Sensor less Control of Permanent Magnet Synchronous Machine,IEEE, 53(4) (2016) 3672 – 3682. [22] Y. Shtessel, M. Taleb, F. Plestan, a novel adaptive-gain super twisting sliding mode controller: Methodology and application, Automatica, 48(5) (2012). [23] H. Hemami, C.L. Golliday, The inverted pendulum and biped stability, Mathematical Biosciences, (2) (1977) 95-110. [24] D. Messuri, C. Klein, Automatic body regulation for maintaining stability of a legged vehicle during rough-terrain locomotion. Robotics and Automation, IEEE, 1(3) (1985) 141-132. [25] S.A.A. Moosavian, K. Alipour, Y. Bahramzadeh, Dynamics modaling and tip-over stability of suspended wheeled mobile robots with multiple arms. In lntelligent robots and Systems, 2007. IROS 2007. IEEE/RSJ Internatiinal Conference, USA, 2007. [26] A. Takhmar, MHS measure for postural stability monitoring and control of bipad robts. In Advanced lntelligent Mechatronics, 2008 .AIM 2008. IEEE/ ASME lnternational Conference on, China, 2008. [27]S.A.A. Moosavian, A. Takhmar. Stable Gait Planning for Humanoids Motion, in ISME, Iran, 2007. [28]M. Mokhtari, M. Taghizadeh, M. Mazare, Optimal Robust Hybrid Active Force Control of a Lower Limb Exoskeleton, ModaresMechanical Engineering, 99(9) (2017) 1-11. (in Persian). [29] H. Kawamoto, Y.Sankai, Power assist method based on phase sequence and muscle force condition for HAL, Advanced Robotics, 19(7) (2005) 717-734. [30] P.K. Kyaw, K. Sandar, M. Khalid, W. Juan, Y. Li, Z. Chen, Opportunities in robotic exoskeletons hybrid assistive limbSUIT (MT5009), Robotic Exoskeletons: Becoming Economically Feasible, 21(1) (2013). [31] J.J. Craig,Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Hall, London, (2005) 85-310. [32] V. Hasani, M. Taghizadeh, M. Mazare, Modeling and position controller design of a servo-hydraulic actuator under variable loads using sliding mode control, Modares Mechanical Engineering, 17(6) (2016) 295-302 (in Persian). [33] M. Doakhan, M. Kabganian, R.Nadafi, A. K. Eigoli, Trajectory Tracking of a Quadrotor for Obstacle Avoidance Using Super-Twisting Sliding Mode Controller and Observer, Modares Mechanical Engineering, 17(8) 333- 342, 2017 (in Persian). [34]X. Yu, M. Ö. Efe, Recent Advances in Sliding Modes: From Control to Intelligent Mechatronics, Springer[1]Verlag, Berlin, (2015) 90-310. [35] A. Gocwami, Postural stability of Biped Robots and the Foot-Rotation lndicator ( FRI) point. The International Journal of Robotics Research, 18(6) (1999) 523-533. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,257 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,450 |
||