Modeling and position control of human lower limb rehabilitation robot using pneumatic muscle actuators

Other Title(s)

نمذجة و تصميم مسيطرمسار لروبوت إعادة تأهيل الأطراف البشرية السفلية باستعمال مشغل العضلة الهوائية

Joint Authors

Hasan, Muhammad Yusuf
Ghintab, Shahd Subayh

Source

al-Mansour

Issue

Vol. 2015, Issue 23 (30 Jun. 2015), pp.61-86, 26 p.

Publisher

al-Mansour University College

Publication Date

2015-06-30

Country of Publication

Iraq

No. of Pages

26

Main Subjects

Mechanical Engineering

Topics

Abstract AR

الهدف من روبوتات أعادة التأهيل الخاصة بالأجزاء السفلية للأطراف البشرية هو أعادة القدرة على المشي و تقوية العضلات.

يقدم البحث نمذجة و تصميم لروبوت مكون من أربع درجات من الحرية، اثنين منها في مفصل الورك، و واحدة في مفصل الركبة و الرابعة في مفصل الكاحل، يتم تحريك المفاصل باستعمال مشغلات العضلة الهوائية، إذ أن هذا النوع من المشغلات يعد الأفضل في التطبيقات الطبية ؛ لخواصه المشابهة للعضلات البشرية نظرا.

يحل البحث مشكلة تمييز نهاية المحور بالنسبة لقاعدة محاور الروبوت عن طريق إضافة إزاحة.

و يأخذ البحث بنظر الاعتبار الاحتكاك في المفاصل و المحركات جميعها، و الاضطرابات الخارجية المؤثرة في المفاصل.

إذ إن الروبوت المقترح للساق الأيمن، يمكن استعماله من قبل الأشخاص فوق سن 40 سنة، و قد تم اعتماد أطوال و أوزان هذه الفئة العمرية في أثناء التصميم.

و على الرغم من اللاخطية العالية في التصميم، إلا انه تمت السيطرة على تتبع المسارات الطبية عن طريق مسيطر منطق ضبابي ذكي متناسب- متفاضل و مقارنة بين نوعين منهMamdani و TSK.

و ذلك لغرض تحقيق المواصفات المطلوبة مثل تقليل تجاوز المدخل و تقليل التذبذب و مقاومة الاضطرابات حيث أثبتت النتائج أن TSK نتائجه أفضل من النوع الثاني.

Abstract EN

The aim of human lower limb rehabilitation robot is to regain the ability of motion and to strengthen the weak muscles.

This paper proposes the design and modelling of four Degree Of Freedom (4-DOF) lower limb wearable rehabilitation robot.

This robot is located in, hip, knee and ankle joints to enable the patient for motion and turn in both directions.

The joints are actuated by Pneumatic Muscles Actuators (PMAs).

The PMAs have very great potential in medical applications because the similarity to biological muscles.

This work proposes the structure of the robot to eliminate the singularity problem that exists in the inertia matrix.

Also, the effects of disturbance on the robot joints and frictions in robot joints and in PMAs are taken into consideration.The designed robot can be used for the right side leg of an elderly persons whose ages beyond 40th years old.

Since the 4-DOF rehabilitation robot actuated by PMAs has high nonlinearity.

An intelligent position controller to control each joint position is designed and simulated using two schemes; Mamdani PD-like fuzzy logic and Takagi-Sugeno-Kang (TSK)-PD-like Fuzzy logic to improve the time response specifications such as minimum overshoot, minimization of oscillation and disturbance rejection to track the desired medical trajectory.

A comparison between the two schemes shows an enhancement in the results of the second type as compared with the first one.

American Psychological Association (APA)

Hasan, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. 2015. Modeling and position control of human lower limb rehabilitation robot using pneumatic muscle actuators. al-Mansour،Vol. 2015, no. 23, pp.61-86.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-607715

Modern Language Association (MLA)

Hasan, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. Modeling and position control of human lower limb rehabilitation robot using pneumatic muscle actuators. al-Mansour No. 23 (2015), pp.61-86.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-607715

American Medical Association (AMA)

Hasan, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. Modeling and position control of human lower limb rehabilitation robot using pneumatic muscle actuators. al-Mansour. 2015. Vol. 2015, no. 23, pp.61-86.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-607715

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes appendices : p. 82-86

Record ID

BIM-607715