جلسه دفاع سمینار دوم رساله دکتری (خانم لیلا السادات پزشکی)

موضوع:  طراحی کنترل‌کننده هم‌یار-در صورت نیاز برای توانبخشی بالاتنه

ارائه دهنده: لیلا السادات پزشکی

استادان راهنما: دکتر مهدی کشمیری، دکتر حمید صادقیان

استادان مشاور: دکتر سعید بهبهانی

استادان داور: دکتر محمد دانش، دکتر مرضیه مجدراصیل، دکتر علیرضا میرباقری

چکیده:

پیشرفت‌هایی که اخیرا در زمینه تعامل فیزیکی انسان و ربات ایجاد شده، استفاده از ربات‌ها برای اشتراک فضای کاری و همکاری با انسان، به صورت فعال و ایمن را امکان‌پذیر کرده‌است. یکی از کاربردهای رو به رشد در این زمینه، استفاده از ربات‌ها در فرآیند توانبخشی است. تحقیقات نشان می‌دهد، برای بیمارانی که توانایی کنترل و حرکت عضو آسیب‌دیده را  دارند، هرچقدر سطح مشارکت فعال در تمرین‌های توانبخشی افزایش و میزان مداخله ربات کاهش یابد، اثربخشی فرآیند درمان و بهبود انعطاف‌پذیری عصبی افزایش می‌یابد. به همین دلیل در سال‌های اخیر کنترل‌کننده‌های "هم‌یار-در صورت نیاز" به منظور استفاده در ربات‌های توانبخشی معرفی شده‌اند. با توجه به رشد روزافزون استفاده از سیستم‌های رباتیک در توانبخشی و تأکید بر اثر بخشی این سیستم‌ها در بهبود روند درمان بیماران، در این پژوهش ارائه سیستم کنترلی مناسب و نوین به منظور ایجاد ویژگی "هم‌یاری-در صورت نیاز" در ربات‌های توانبخشی مربوط به بالا تنه مد نظر قرار گرفته‌است. در این سیستم‌ها علاوه بر امکان وجود نامعینی در دینامیک ربات، با اضافه شدن بیمار به عنوان بخشی از سیستم با عملکرد نامعین و وجود نیروهای تعاملی متغیر بین انسان و ربات، طراحی سیستم کنترلی هوشمند پیچیدگی بیشتری دارد. بنابراین در طراحی کنترل‌کننده، عملکرد انسان شناسایی و ارزیابی می‌شود و میزان مداخله ربات بر این اساس تنظیم می‌گردد.  در این پژوهش با هدف ارائه کنترل‌کننده هم‌یار-درصورت نیاز، سطحی از هوشمندی با استفاده از دو رویکرد متفاوت در سیستم کنترلی اعمال شده است. در رویکرد اول، مسئله توانبخشی به کمک ربات در قالب یک بازی مجموع-غیرصفر با دو بازیکن مدل‌ شده و به این ترتیب یک الگوریتم کنترل بهینه تطبیقی ارائه گردیده‌است. این روش با استفاده از شبیه‌سازی و تست عملی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. در این بخش از پژوهش تست عملی با حضور 4 شرکت‌کننده و با استفاده از ربات 7 درجه آزادی Franka Emika صورت گرفته‌است.  در رویکرد دوم، از یک الگوریتم شبکه عصبی تطبیقی برای توسعه سیستم کنترلی هم‌یار-درصورت نیاز در قالب مدل ادمیتانس متغیر، استفاده شده‌است. در این روش به منظور شناسایی بلادرنگ نقش اشتراکی انسان، یک شاخص عملکرد نوین بر اساس ورودی انرژی تعاملی، طراحی شده‌است، که در آن انسان به عنوان یک منبع پویا در انتقال انرژی مد نظر قرار می‌گیرد. در این بخش از پژوهش، به منظور ارزیابی عملکرد سیستم، تست‌های عملی با حضور 5 شرکت‌کننده و با استفاده از ربات 7 درجه آزادی Ufactroy XArm7 انجام شده‌است. از دیگر گام‌های اساسی در این پژوهش، تضمین ایمنی بیمار در فرآیند توانبخشی است که بر اساس دو ویژگی غیرفعال بودن و پایداری سیستم مورد بررسی قرار گرفته‌است.  لازم به ذکر است که در این پژوهش توانبخشی بالاتنه به کمک ربات‌های متصل در نقطه انتهایی مد نظر قرار گرفته‌است. در حالی که، این فرض هیچ‌گونه محدودیتی برای اعمال روش کنترلی پیشنهادی برای انواع دیگر ربات‌های توانبخشی ایجاد نمی‌کند.

کلمات کلیدی : تعامل انسان و ربات، ربات‌ توانبخشی، الگوریتم هم‌یار-در صورت نیاز، کنترل بهینه، کنترل تطبیقی.