با توجه به اهمیت درمان های توانبخشی وجود ربات پوشیدنی احساس می شود. در این مقاله به طراحی یک ربات کمک حرکتی پرداخته شده است که متشکل از یک مکانیزم شش میله ای می باشد. این مکانیزم دارای یک درجه آزادی می باشد و برای انجام حرکت رادیال/ اولنار مچ دست مورد استفاده قرار می گیرد و به صورت موازی با بدن شخص حرکت می کند. طراحی ربات به گونه ای است که ابعاد ربات متناسب با دست بیمار خواهد بود و همچنین حرکت طبیعی دست را فراهم می کند.

سکته مغزی امروزه یکی از عوامل شایع ناتوانی دست است که برای بازیابی عملکرد آن از اسکلت های بیرونی رباتیک استفاده می شود. در این پژوهش، طراحی و ساخت نمونه اولیه ربات پوشیدنی مبتنی بر پارچه ارائه شده است که قابلیت حرکت همزمان انگشتان دست و تنظیم سرعت را دارد و از روش کابلی برای کمک به حرکت خم شدن و برای کشش و بازشدن انگشتان از تیغه های فنری استفاده شده است که کابل ها به کمک نیروی موتور گیربکس جمع شده و با معکوس شدن جهت حرکت موتور و نیروی فنرها انگشتان به حالت طبیعی برمی گردند. بنابراین، برای تعیین محل مناسب قرارگیری اجزا از جمله تیغه های فنری و کابل ها شبیه سازی ربات در نرم افزار سالیدورکس انجام شده و به کمک آزمایش های تجربی، تیغه های فنری مناسب از نظر داشتن قدرت و نیروی مناسب انتخاب و در ادامه به کمک مدار مدولاسیون پهنای باند و برنامه نویسی در میکروکنترلر، حرکت و سرعت ربات ساخته شده، کنترل شده است. در این پروژه، با تعریف پارامترهای تاثیرگذار در عملکرد یک سیستم و استفاده از نمره دهی به سوالات یک پرسشنامه مبتنی بر پارامترهای تاثیرگذار، سیستم ارزشیابی شد. پس از بررسی میانگین نمرات هر یک از پارامترها، مدت زمان یادگیری کار با سیستم، بالاترین میانگین را کسب نمود که بیانگر کاربرپسند بودن سیستم و پارامتر مربوط به احساس راحتی انگشتان در دستکش کمترین میانگین را به دلیل ساختار متراکم دستکش به خود اختصاص داده است.

دست انسان اندام حرکتی پیچیده ای است. عواملی مانند سکته مغزی می تواند عملکرد دست را مختل کند. این بیماران در انجام دادن فعالیت های روزانه استقلال فردی را از دست می دهند. تعامل انسان با ربات موجب پیدایش دستگاه های جدیدی به منظور توان افزایی شده است. هدف از اجرای پژوهش حاضر طراحی و ساخت یک نمونه اولیه مفهومی ربات پوشیدنی قابل حمل است. این ربات به منظور استفاده در فعالیت های روزمره بیمارانی که توانایی اکستنشن (باز شدن) دست خود را از دست داده اند طراحی شده است. از جمله چالش های این حوزه می توان به هزینه بالا به دلیل استفاده از عملگرهای و حسگرهای متعدد برای کنترل اشاره نمود. با افزایش تعداد قطعات به کار رفته در ساخت وسیله، وزن نهایی آن بالا رفته و عملا قابلیت حمل نخواهد داشت. با توجه به اهمیت قابل حمل بودن و نیاز کاربر برای استفاده طولانی از ربات، در اینجا اجزای مکانیزم با وزن کم طراحی شده اند. در مکانیزم ارایه شده، به پایین ترین مفصل چهار انگشت دست، هم زمان و تنها با یک عملگر الکتریکی گشتاور اعمال می شود و در نتیجه، انگشتان باز می شوند. سیستم انتقال نیرو با الگوگرفتن از تاندون های دست، به کمک تغییر طول کابل طراحی گردید. به دلیل اغتشاشات و غیر خطی بودن سیستم، کنترل مد لغزشی با هدف کمینگی خطا طراحی گردید. نتایج کنترل به ازای زاویه خروجی دلخواه مطلوب نشان داد که زاویه مفصل به زاویه طراحی همگراست و خطا به صفر میل می کند. نتایج خوب عملی، همچنین کم بودن هزینه و وزن نهایی نمونه اولیه ساخته شده، حاکی آن است که پژوهش قابلیت توسع ه پذیری دارد.

در این پژوهش، یک کاربرد جدید از ساختار موازی استوارت برای توانبخشی مچ دست توسعه داده شده است. ربات استوارت مانند سایر ربات های موازی فضای کاری و قابلیت حمل بار مناسبی دارد. لذا در این مقاله مدل ربات به منظور استفاده در توانبخشی مچ دست در نظر گرفته شده است. مدل سازی کامل ربات، شامل محاسبه سینماتیک مستقیم و معکوس انجام شد؛ در هر دو حالت سینماتیک مستقیم و معکوس، از ماتریس ژاکوبین برای محاسبه ی سرعت های ربات استفاده شده است. پس از آن، معادلات دینامیکی ربات با استفاده از روش کار مجازی استخراج شد. در ادامه، به منظور حفظ مچ بیمار بر روی مسیر صحیح توانبخشی، با استفاده از دینامیک معکوس ربات، یک کنترلر گشتاور محاسبه شده طراحی شد. برای انجام ایمن توانبخشی مچ دست یک مسیر بهینه استخراج شده تا کمترین ضربه را به مچ بیمار اعمال کند و این مسیر توسط کنترلر طراحی شده محقق گردیده است. به کمک شبیه سازی در نرم افزار متلب کارایی ربات طراحی شده نشان داده شده است. صحه سنجی مدل توسط مقایسه با داده های موجود در مقالات معتبر علمی صورت پذیرفته و کارایی کنترلر از مقایسه مختصه های تعمیم یافته واقعی و مورد انتظار، اثبات شده است. طی مدلسازی و شبیه سازی های صورت گرفته شده مشخص شد که این ربات با مدل و کنترلر طراحی شده ی آن برای استفاده به منظور توانبخشی اتوماتیک مناسب و ارجح می باشد.

دست انسان یکی از پیچیده ترین اندام های بدن انسان است که قادر به انجام وظایف ماهرانه می باشد. ماهرانه عمل کردن به ویژه گرفتن یک توانایی حیاتی برای ربات ها محسوب می شود. با این حال، گرفتنِ اشیاء توسط دست ربات یک مسئله چالش برانگیز است. بسیاری از محققان از روش های یادگیری عمیق و بینایی کامپیوتری برای حل این مسئله استفاده کرده اند. این مقاله یک دست ربات 5 درجه آزادی انسان نما را ارائه می دهد. دست رباتیک با استفاده از پرینتر سه بعدی ساخته شده و برای حرکت انگشتان از 5 سروو موتور استفاده می شود. به منظور سادگی دست رباتیک، سیستم انتقال مبتنی بر تاندون انتخاب شده که به انگشتان دست ربات اجازه خمش و کشش می دهد. هدف این مقاله استفاده از الگوریتم یادگیری عمیق برای گرفتن نیمه خودکار اشیای مختلف می باشد. در این راستا یک ساختار شبکه عصبی کانولوشن با بیش از 600 تصویر آموزش داده می شود. این تصاویر توسط یک دوربین نصب شده بر روی دست ربات جمع آوری شده است. سپس عملکرد این الگوریتم در شرایط مشابه روی اشیای مختلف آزمایش می شود. در نهایت دست رباتیک قادر به گرفتن موفقیت آمیز با دقت 85 درصد می باشد.

گرفتن جسم توسط انگشتان ربات با وجود قیود غلتش ناب از موضوعات تحت بررسی توسط محققین بسیاری می باشد. در مطالعات انجام پذیرفته تاکنون، بررسی اعمال قیود غلتش ناب با هدف رساندن جسم در وضعیت پایدار جدید مورد توجه بوده است. در این مقاله علاوه بر بررسی های معمول سینماتیک و دینامیک برای سیستم دو انگشت ربات و جسم نیم دایره بر روی یک دست متحرک ربات در صفحه، که نوک انگشت ها به صورت نیم کره و صلب فرض شده است، موضوع جابجایی جسم مطابق مسیر مشخص با حفظ پایداری دینامیکی آن نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا از کنترل امپدانس چندگانه برای اعمال کنترل با انجام اصلاحات مورد نیاز در آن بهره گرفته شده است. در روش کنترل امپدانس چندگانه سعی می شود با اعمال رفتارهای مطلوب بر کل اجزای سیستم از جمله پایه متحرک، انگشت ها و جسم، شرایط پایداری دینامیکی ارضا شود. تنظیم مناسب نیرو در این روش و این که این نیروها در مکان مناسب وارد شوند تا حد زیادی در به حداقل رساندن لغزش انگشت ها بر سطح جسم موثر می باشد. نتایج شبیه سازی های انجام پذیرفته حاکی از کنترل، هدایت و همچنین پایداری مناسب جسم توسط مجموعة انگشتان و پایه متحرک خواهد بود.

دست انسان الهام بخش عملکردهای مختلفی مانند گرفتن در دست های رباتیک است. گرفتن ماهرانه اشیاء یک عملکرد اساسی برای ربات ها می باشد که نقش مهمی در کاربردهای مختلف ایفا می کند. این مقاله یک دست رباتیک 5 درجه آزادی با مکانیزم میله ای به منظور گرفتن اشیاء را ارائه می دهد. دست رباتیک با استفاده از فناوری پرینتر سه بعدی ساخته می شود. هر انگشت توسط یک موتور DC گیربکس دار فعال می شود تا حرکات خمش/کشش را ایجاد کند. از یک دستکش مبتنی بر حسگر فلکس برای فرمان دست ربات استفاده می شود. هدف از این مقاله پیاده سازی یک سیستم کنترلی برای انجام عملکردهای گرفتن، بازتولید طبقه بندی گرفتن و تقلید حرکات دست ربات از حرکات دست کاربر می باشد. به منظور کنترل موقعیت انگشتان از روش کنترل PID استفاده می شود. سپس عملکرد دست رباتیک بر روی گرفتن اشیای مختلف آزمایش می شود. نتایج نشان می دهد که دست ربات قادر به بازتولید 9 الگوی گرفتن از طبقه بندی کاتکاسکی می باشد.

داشتن ابزار گرفتن مناسب و تطبیق پذیر با کارها و اجسام مختلف از ویژگی های بنیادین ربات ها در هنگام ارتباط با محیط می باشد. از این رو، برنامه ریزی و طراحی سازوکاری که در آن انگشتان دست به طور مطلوب هدایت شوند، امری حائز اهمیت است. انگشتان ربات رفتاری کاملا غیرخطی دارند و تحت تاثیر عواملی چون اصطکاک، ویژگی های فیزیکی سازوکارهای انتقال توان و تغییر جهت گیری دست، مدل سازی آن ها با دشواری هایی روبرو است. از این رو، استفاده از کنترل کننده ای که به طور مستقل از مدل عمل نماید، بسیار سودمند خواهد بود. در این مقاله، از کنترل کننده فازی تاکاگی سوگنو کانگ (TSK) که پارامترهای قسمت تالی آن به وسیله قاعده ای به روز می شوند، جهت کنترل نیرو و موقعیت انگشتان ربات برای گرفتن توپ سبک و نرم استفاده می شود. طراحی در فضای دکارتی و عدم وابستگی به مدل دینامیکی ربات از مهم ترین مزایای این روش می باشند. بنابراین ابتدا با تعیین استراتژی ای برای گرفتن توپ ساکن، مقادیر مرجع نیرو و موقعیت محاسبه می شوند. سپس عملکرد کنترل کننده فازی تطبیقی با و بدون حضور عواملی چون نویز اندازه گیری نیرو و اصطکاک مفصلی بررسی می شوند. علاوه بر این، فرآیند مهارکردن توپ متحرک در حال سقوط به 3 فاز نزدیک شدن، قفل شدن (ضربه) و نگه داشتن تقسیم بندی می شود. سپس با بررسی نتایج به دست آمده از شبیه سازی، کارآمدی این روش در انجام مراحل سه گانه یادشده نشان داده می شود.

برای اجرای فرآیند ضبط حرکت، لازم است داده های مناسب، در طول زمان با دنبال کردن نقاط کلیدی از هدف مورد نظر استخراج شوند. با این داده ها و طی یک سری عملیات پس پردازشی کارهای زیادی از جمله ساخت مجدد آن حرکت در فضای سه بعدی می توان انجام داد. در این مقاله یک الگوی برآورد حالت های پویای دست مبتنی بر مدل با استفاده از روش ضبط حرکت بدون نشانه گذاری ارائه می شود. در این پژوهش حرکات بازوی عامل انسانی در قالب دنباله ای از تصاویر رنگی به همراه داده های عمق و اسکلت به دست آمده از کینکت (ابزاری برای ضبط حرکت بدون نشانه گذاری) با سرعت سی فریم در ثانیه به عنوان داده های ورودی استفاده شده اند. الگوی پیشنهادی، ویژگی های زمانی و مکانی از دنباله تصاویر ورودی استخراج می کند و روی تعیین موقعیت نوک انگشتان شست و اشاره و به دست آوردن زوایای مفاصل ربات، به منظور تقلید حرکت بازوی عامل انسانی در سه بعد در یک محیط کنترل نشده تمرکز دارد. در این پژوهش از بازوی ربات واقعی RoboTEK II ST240 استفاده شده و حرکات بازوی عامل انسانی به حرکات تعریف شده برای این بازوی ربات محدود شده است. بردارویژگی جهت برآورد حالت به ازای هر فریم، به مختصات x، y و عمق برخی مفاصل و مختصات نوک انگشتان شست و اشاره نیازدارد. از داده های عمق و اسکلت برای تعیین زوایای مفاصل ربات استفاده می شود؛ ولی تعیین نوک انگشتان به طور مستقیم با داده های موجود امکان پذیر نیست؛ از این رو سه رویکرد برای شناسایی نوک انگشتان شست و اشاره با استفاده از داده های موجود ارائه می شود. در این رویکردها از مفاهیمی همچون آستانه گیری، لبه یابی، ساخت پوسته محدب، مدل کردن رنگ پوست و تفریق پس زمینه استفاده می شود. در پایان برای تقلید حرکت، با استفاده از بردارهای ویژگی به ازای هر فریم، حالت متناظر بر روی بازوی ربات اعمال می شود. برای ارزیابی تقلید حرکت، مسیرهای طی شده توسط قسمت نهایی دست عامل انسانی و قسمت مجری نهایی بازوی ربات با هم مقایسه شده اند. نمودارهایی که میزان تغییرات زوایای مفاصل را برای این دو مورد نشان می دهند، گویای موثر بودن الگوی پیشنهادی در تقلید عملکرد بازوی انسانی است.

مدل سازی حرکت قسمت های مختلف بدن در سال های اخیر بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. الگوبرداری از حرکات بدن مانند انگشتان دست، راهنمای مناسبی برای طراحی ربات های مختلف است. همچنین ناتوانی های حرکتی، یکی از بیمارهای رایج است که تاثیر زیادی در کاهش کیفیت زندگی بیماران دارد. برای درمان پارگی تاندون انگشتان دست، توانبخشی بند به بند انگشتان لازم است که این توانبخشی نیاز به تمرین مستمر و جداگانه هربند دارد. برای رسیدن به این هدف و کنترل حرکت بندها، مدل ریاضی مسیر مطلوب بندها نیاز است. در این مقاله یک مدل ربات توانبخشی جدید پوشیدنی ارائه شده که به کمک آن و یک سنسور زاویه سنج زاویه حرکت هر بند اندازه گیری می شود و به کمک برازش منحنی، مدل ریاضی حرکت بندها به دست می آید. مدل به دست آمده نه تنها در ربات های توانبخشی بلکه در سایر کارهای رباتیکی نیز قابل استفاده است. در بسیاری از کارهای مرتبط در این زمینه تنها نمودار مسیر مطلوب کشیده و نحوه دنبال کردن مسیر بررسی می شد، بنابراین برای بقیه کارها یافتن معادله مسیر مطلوب دوباره باید انجام می شد. اما در این کار فرمول مربوطه یافت شده است و این موضوع می تواند کمکی به کارهای آتی باشد تا به راحتی از این فرمول ها برای کار خود استفاده کنند. برای اطمینان از صحت و کارآیی مسیر به دست آمده پیاده سازی آن در یک سیستم کنترلی انجام شد. برای کنترل این سیستم با توجه به حرکات مطلوب، کنترلر مود لغزشی مناسبی طراحی شد و نتایج کنترل سیستم و دنبال کردن مسیر با این کنترلر به دست آمد.