Ant colony optimization based force-position control for human lower limb rehabilitation robot
Other Title(s)
مسيطر قوة-موقع لروبوتات إعادة تأهيل الأطراف السفلية باستخدام خوارزمية مستعمرة النمل
Joint Authors
Ghintab, Shahd Subayh
Husayn, Muhammad Yusuf
Source
al-Khwarizmi Engineering Journal
Issue
Vol. 12, Issue 1 (31 Mar. 2016), pp.61-72, 12 p.
Publisher
University of Baghdad al-Khwarizmi College of Engineering
Publication Date
2016-03-31
Country of Publication
Iraq
No. of Pages
12
Main Subjects
Topics
Abstract AR
الهدف من روبوتات أعادة التأهيل الخاصة بالأجزاء السفلية للأطراف البشرية هو إعادة القدرة على المشي و تقوية العضلات.
و يقدم البحث تصميم مسيطر من نوع (قوة-موقع) لروبوت مكون من أربع درجات من الحرية، اثنتان منها في مفصل الورك، و ثالثة في مفصل الركبة و رابعة في مفصل الكاحل، و هذه الدرجات من الحرية، كافية ؛ لإعادة تأهيل المريض للمشي و الدوران إلى جهتي اليمين و اليسار.
إذ يتم تحريك المفاصل باستعمال مشغلات العضلة الهوائية، و يعد هذا النوع من المشغلات، الأفضل في التطبيقات الطبية ؛ نظرا لخواصه المشابهة للعضلات البشرية.
على الرغم من اللاخطية العالية في التصميم، إلا أن السيطرة على تتبع المسارات الطبية قد تمت عن طريق مسيطرات (قوة-موقع) مكون من ثلاثة مسيطرات لموقع من نوع (منطق ضبابي ذكي متناسب-متفاضل PD –TSK) و ثلاثة مسيطرات من نوع متناسب للقوة (3-)، و ذلك لغرض تحقيق المواصفات المطلوبة، كتقليل تجاوز المدخل، و تقليل التذبذب، و تقليل نسبة الخطأ في مواقع المسارات، فضلا عن مقاومة الاضطرابات.
اعتمد البحث خوارزمية مستعمرات النمل لكل من جزء الموقع و جزء القوة ؛ لغرض تحسين المواصفات.
أثبتت المقارنة بين نتائج المسيطر المنغم يدويا و المنغم باستخدام خوارزمية مستعمرات النمل إن هناك تحسن في موقع المسار الطبي (بعدم تسليط الاضطرابات الخارجية و مع تسليطها) كمعدل بنسبة 39 %.
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 of a force-position control for a four Degree Of Freedom (4-DOF) lower limb wearable rehabilitation robot.
This robot consists of a 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.
Force-Position control incorporating a Takagi-Sugeno-Kang- three- Proportional-Derivative like Fuzzy Logic (TSK-3-PD) Controllers for position control and three-Proportional (3-P) controllers for force control.
They are designed and simulated to improve the desired joints position specifications such as minimum overshoot, minimum oscillation, minimum steady state error, and disturbance rejection during tracking the desired position medical trajectory.
Ant Colony Optimization (ACO) is used to tune the gains of position and force parts of the Force-Position controllers to get the desired position trajectory according to the required specification.
A comparison between the force-position controllers tuned manually and tuned by ACO shows an enhancement in the results of the second type as compared with the first one with an average of 39 %.
American Psychological Association (APA)
Husayn, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. 2016. Ant colony optimization based force-position control for human lower limb rehabilitation robot. al-Khwarizmi Engineering Journal،Vol. 12, no. 1, pp.61-72.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-685080
Modern Language Association (MLA)
Husayn, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. Ant colony optimization based force-position control for human lower limb rehabilitation robot. al-Khwarizmi Engineering Journal Vol. 12, no. 1 (2016), pp.61-72.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-685080
American Medical Association (AMA)
Husayn, Muhammad Yusuf& Ghintab, Shahd Subayh. Ant colony optimization based force-position control for human lower limb rehabilitation robot. al-Khwarizmi Engineering Journal. 2016. Vol. 12, no. 1, pp.61-72.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-685080
Data Type
Journal Articles
Language
English
Notes
Includes bibliographical references : p. 71
Record ID
BIM-685080