Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

استفاده از رابط برنامه نویسی اُپن سیم و متلب در انجام شبیه سازی های اسکلتی - عضلانی به منظور کنترل یک ربات اسکلت خارجی کمک حرکتی در خم و بازکردن آرنج

نوع مقاله : ویژه‌نامه‌ی بیومکانیک اسکلتی عضلانی (پاییز 1403)

نویسندگان

1 Blvd. 29-Bahman, Tabriz, Iran

2 دانشیار گروه مهندسی مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

چکیده
ربات‌های اسکلت‌خارجی با اهداف مختلفی ازجمله توانبخشی، توان‌افزایی، و یاری‌رسان‌حرکتی توسعه داده شده‌اند. هدف اصلی این مقاله ایجاد یک مدل منسجم برای شبیه‌سازی اسکلتی-عضلانی عضو بدنی و کنترل ربات اسکلت‌خارجی متصل به آن بر بستر واسط برنامه‌نویسی نرم‌افزار اٌپن‌سیم و متلب است. مدل بازو و ساعد به عنوان عضو بدنی انتخاب شده است که ربات اسکلت-خارجی متصل به آن می‌بایست زاویة آرنج را در سه وظیفة مختلف به‌حرکت درآورد. زاویة آرنج به-شکل حلقه بسته و با پسخورد‌گیری از حرکت آرنج کنترل می‌شود. در این شبیه‌سازی عضلات بازویی نیز به‌طور فعال شرکت دارند و حرکت شبیه‌سازی‌شده نتیجة اعمال گشتاور کنترلی اسکلت‌خارجی و نیروی عضلات بازویی می‌باشد. محاسبه و ارسال ورودی‌های کنترلی توسط نرم-افزار متلب و حل دینامیک اسکلتی‌عضلانی و اجرای شبیه‌سازی و ارسال داده‌های پسخوردی از سوی نرم‌افزار اُپن‌سیم صورت می‌گیرد. نتایج حاصل در هر یک از وظایف تعریف‌شده بیان‌گر موفقیت این بستر نرم‌افزاری در شبیه‌سازی و کنترل تعامل انسان-ربات است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

OpenSim/MATLAB interface to musculoskeletal-based simulations for control of a motion assistive exoskeleton robot in elbow flexion/extension

نویسندگان English

Shaghayegh Hassanzadeh Khanmiri 1
MohammadReza Sayyed Noorani 2
1 Blvd. 29-Bahman, Tabriz, Iran
2 University of Tabriz
چکیده English

Exoskeleton robots have been developed for various purposes, including rehabilitation, augmentation, and motion assistance. The goal of this paper is to create a coherent model for musculoskeletal simulation of a body limb and control of the exoskeleton robot connected to it, based on the Application Programming Interface (API) of OpenSim for MATLAB. The musculoskeletal model of the arm and forearm are the body limb, whose connected exoskeleton robot should drive the elbow angle in three different tasks. The elbow angle is controlled in a closed loop via getting feedback from the elbow motion. In this program, the brachial muscles are actively participated and the simulated motion is the result of applying the control torque of the exoskeleton as well as the force of the brachial muscles. The calculation and sending of control inputs is done by MATLAB, and the solution of musculoskeletal dynamics, the execution of simulation and sending the feedback data are performed by OpenSim software. The results obtained in each of the considered tasks indicate the success of this software platform in simulating and controlling human-robot interaction.

کلیدواژه‌ها English

Human-Robot Interaction
Exoskeleton Robot
Musculoskeletal Model
OpenSim/MATLAB API
دوره 18، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 233-244

  • تاریخ دریافت 02 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 18 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 01 اردیبهشت 1404