عنوان پایان‌نامه
مدل سازی و بررسی نحوه تعامل یک ربات برون پوش بالا تنه با انسان
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2903;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67406
- تاریخ دفاع
- ۱۸ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- امیرمسعود قاسمی تودشکی
- استاد راهنما
- عقیل یوسفی کماء
- چکیده
- این پژوهش بر اساس بررسی تعامل میان انسان و ربات در حوزه ربات های برون پوش بالاتنه و یافتن مسیری برای بهبود این تعامل، بنا نهاده شده است. هدف از انجام این پژوهش در گام اول، مدلسازی و ارائه مشخصه های کمی و راهکاری مدون برای امتیازدهی و انتخاب مکانیزم ربات برون پوش بالاتنه بوده است. همچنین در گام دوم، طراحی و ساخت یک نمونه ربات برون پوش و ارائه روشی نوین برای حل مسئله تعامل ربات-انسان در این ربات ها و پیاده سازی آن بر روی ربات ساخته شده، از دیگر اهداف این پروژه می باشد. در حوزه طراحی سامانه های برون پوش با توجه به پیشرفت های صورت گرفته، همچنان روشی مدون برای انتخاب مکانیزم، که پایه¬ی آن بر اساس معیارهای کمی باشد که سهولت تعامل انسان با ربات را نشان می-دهد، ارائه نشده است. در این پایان نامه دو دسته معیار بر اساس فضای کاری ربات و سینماتیک انسان و ربات ارائه شده است. معیار حجم فضای کاری و مهارت به عنوان شاخص های نشان دهنده ی فضای کاری و متغیرهای هدایت پذیری دستی، عدد شرایط و کمترین مقدار تکین به عنوان معیارهای کمی سینماتیکی برای تعیین میزان برتری مکانیزم ارائه شده است. برای نشان دادن مفهوم معیارهای ارائه شده، دو مکانیزم برون پوش بالاتنه به کمک شبیه سازی نرم افزاری و بر اساس این معیارها، مقایسه شده اند. همچنین با شبیه سازی فعالیت های پرکاربرد روزانه در بخش بالاتنه، نشان داده شده است که یک مکانیزم 7 درجه آزادی با استفاده از معیارهای سینماتیکی بیان شده، برای انجام کدامیک از ماموریت ها می تواند راحتی بیشتری را برای کاربر خود فراهم نماید. در ادامه پایان نامه به دو شیوه ی مختلف تعامل انسان با ربات، ادراکی و فیزیکی، پرداخته شده است. با توجه به محدودیت¬های موجود در سیستم تعامل ادراکی و با توجه به دشوار بودن پیاده سازی آن، این حوزه تنها به شکل اجمالی بررسی شده است. اما در حوزه تعامل فیزیکی، روشی نوین ارائه می گردد که بتوان راحتی بیشتری را برای کاربر ربات فراهم نمود. در این بخش روشی بر پایه کنترل امپدانس تطبیقی معرفی شده است که توانسته است با مدلسازی سیستم تصمیم گیری انسان، متغیرهای امپدانس را تعیین نماید. این اولین بار است که در روش کنترلی امپدانس متغیر، برای ربات برون پوش بالاتنه، از مدلسازی سیستم تصمیم گیری انسان استفاده می گردد. اگرچه این روش پیشتر برای یک نمونه ربات هپتیک استفاده شده است. در نهایت برای نشان دادن مزیت روش کنترل امپدانس تطبیقی ارائه شده، یک نمونه ربات برون پوش بالاتنه با دو درجه آزادی فعال طراحی و ساخته شده است. شرح مراحل ساخت و ارزیابی آورده شده است و با توجه به نتایج آزمون نشان داده شده است که استفاده از روش ارائه شده می تواند تعامل بهتری را میان انسان و ربات نسبت به زمانی که متغیرهای امپدانسی ثابت فرض می شوند، ایجاد نماید. کلمات کلیدی: ربات برون پوش، تعامل انسان و ربات، کنترل امپدانس تطبیقی، مدل تصمیم گیری در انسان
- Abstract
- This thesis is based on the investigation of human robot interaction in the field of upper-limb exoskeleton robot and trys to improve this interaction. The aim of this research is firstly to introduce some quantitative parameters in order to promote evaluation of the exoskeleton mechanism. Then, design and fabrication of an exoskeleton robot are presented and a novel control algorithm for solving the problem of human robot interaction is examined. Although many researches on the design of exoskeleton has been done, but there is no design algorithm based on quantitative parameters has been presented. In this research two categories of quantities parameters based on robot’s work space and kinematic interaction between human and robot are introduced. Total and effective volume of workspace are parameters based on robot workspace while, manipulability, condition number and minimum singular value are kinematical parameters. In order to examine the introduced parameters, two different mechanisms are compared and by using these parameters in computer simulation of a 7 DOFs robot, it is that in which common daily activities the robot has the better performance. Then in this thesis, two categories of human machine interaction, physically and cognitive, are presented and due to restrictions of cognitive algorithms and difficulty of their application, the physically interaction is chosen for implementation. A novel algorithm, based on adaptive impedance control is implemented. Although this algorithm, which is based on human decision-making were formerly tested on haptic device, but it is the first time that it is applied on exoskeleton robot. At the end, in order to show the advantages of introduced algorithm, a 2 DOFs robot is designed and fabricated and is tested by the algorithm. The procedure of design and fabrication are briefly brought. The test results also showed that interaction between human and robot is promoted by implementation of introduced algorithm. Key Words: exoskeleton robot, human robot interaction, adaptive impedance control, human decision-making model
