Zastosowanie odpornego sterowania siłowego w manipulatorze rehabilitacyjnym

• Autorzy: Kordasz M. , Madoński R. , Sauer P. , Kozłowski K.

Warianty tytułu

EN

Application of a robust force controller to a limb rehabilitation manipulator

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł prezentuje zastosowanie metody sterowania odpornego Active Disturbance Rejection Control (ADRC) w układzie regulacji z modelem manipulatora robotycznego do zadań wspomagania rehabilitacji stawu kolanowego. Ze względu na wielowymiarowość badanego manipulatora oraz obecność w nim silnie nieliniowych, zmiennych w czasie oraz sprzężonych skośnie elementów dynamiki, sterowanie rozważnym systemem jest zadaniem nietrywialnym. Niepewność modelowania może być jednak w technice ADRC na bieżąco odsprzęgana do systemu, zwiększając tym samym jego odporność parametryczną i zakłóceniową. W artykule przedstawiono wyniki eksperymentalne działania podejścia ADRC dla dwóch przykładów: treningu izometrycznego oraz izotonicznego. Otrzymane rezultaty pozwalają stwierdzić, że metoda ADRC stanowi interesującą alternatywę dla klasycznych technik sterowania stosowanych w manipulatorach rehabilitacyjnych.

EN

The paper presents an experimental verification of the ADRC control approach applied to a model of a limb rehabilitation manipulator. The multidimensional structure of the governed system, along with its nonlinear and cross-coupled elements if the dynamics, makes the whole process a nontrivial control task. The ADRC technique allows user to estimate the modeling uncertainty (with a state/distrurbance observer) and online compensate for its effects. Two rehabilitation training were analyzed within this paper – isometric and isotonic. The obtained results of the stiffness controller combined with, either link angular position controller (isometric), or its force (isotonic), gave promising results in both quality and robustness of the ADRC framework. The ADRC was concluded to be an interesting alternative to other control methods, already used in the limb rehabilitation devices, especially in the aspect of the controller rather model-free desing approach.

Słowa kluczowe

PL

robotyka; robot do rehabilitacji; manipulator rehabilitacyjny; sterowanie odporne; ADRC; rehabilitacja; trening izometryczny; trening izotoniczny

EN

robotics; robot for rehabilitation; rehabilitation manipulator; control-resistant; active disturbance rejection control (ADRC); rehabilitation; isometric training; isotonic training

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2012
• Tom: z. 182, t. 1
• Strony: 91--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kordasz M.

• Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3a, 61-138 Poznań

autor

Madoński R.

• Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3a, 61-138 Poznań

autor

Sauer P.

• Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3a, 61-138 Poznań

autor

Kozłowski K.

• Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3a, 61-138 Poznań

Bibliografia

• [1] Physical medicine and rehabilitation principles and practice. Red. Joel A. De-Lisa. Lippincott 2005, Ed. 4, Vol, 1.
• [2] R. Dindorf, Rozwój i zastosowanie manipulatorów i robotów rehabilitacyjnych. Pomiary Automatyka Robotyka. 2004, No. 11.
• [3] Z. Gao. Active Disturbance Rejection Control: a paradigm shift in feedback Control system design. In: American Control Conference. Minneapolis, 2006,
• [4] J. Han. From PID to Active Disturbance Rejection Control. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009, Vol. 56, No. 3, s. 900-906.
• [5] M. Kordasz, R. Madoński, M. Przybyła, P. Sauer. Active Disturbance Rejection Control for a flexible-joint manipulator. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Springer 2012, Vol. 422, s. 247-256,
• [6] R. Madoński, M. Michałek. Odporne sterowanie ADRC w układzie z wielowymiarownym obiektem aerodynamicznym. In: Krajowa Konferencja Automatyki. Cedzyna k/ Kielc, 2011.
• [7] G. Tonietti, R. Schiavi, A. Bicchi. Design and control of a variable stiffness actuator for safe and fast physical human/robot interaction. In; IEEE International Conference on Robotics and Automation. Hannover Messe, 2005, s. 526—531.