II. International Antalya Scientific Research and Innovative Studies Congress, Antalya, Turkey, 17 - 21 March 2022, pp.546-555
In this study, the control of interaction torque
between user and pneumatically driven wrist/forearm rehabilitation robot has
been shown for forearm pronation and supination movements. In addition to the
rotary encoder, a torque sensor, two pressure sensors, and two separate precise
pneumatic proportional pressure regulating valves were utilized for each
chamber of the semi-rotary pneumatic cylinder in the control setup. Although
the control valves have their own inner control loops, an outer control loop has
been designed and integrated into the valves by applying the PID control method
to construct a cascade controlled system. With the addition of the PID method
to the valves’ default inner controller, the control performance of the system
was quite improved. Performance tests were carried out at two different
interaction torque levels as high and low torque levels named as hard and soft
interaction for both pronation and supination movements. At the end of
performance studies, very promising results were obtained. The results were
given in the form of real-time interaction torque and the percentage error
deviating from the targeted interaction torque during motion. The study also
demonstrates how successful pneumatic systems can be in force/torque feedback applications.
The findings obtained from this study can be further utilized in pneumatic
applications of haptic control.
Bu çalışmada, önkol iç ve
dış rotasyon hareketleri için kullanıcı ile pnömatik tahrikli bilek/önkol
rehabilitasyon robotu arasındaki etkileşim torku’nun kontrolü gösterilmiştir.
Açısal enkoder’e ek olarak, kontrol düzeneğinde bir tork algılayıcısı, iki
basınç algılayıcısı ve yarı döner pnömatik silindirin her basınç odası için iki
ayrı hassas pnömatik oransal basınç ayarlama valfi kullanılmıştır. Kontrol
valflerinin kendi iç kontrol döngülerine sahip olmasına rağmen, kaskad
kontrollü bir sistem oluşturmak için PID kontrol yöntemi uygulanarak valflere
bir dış kontrol döngüsü tasarlanmış ve entegre edilmiştir. Valflerin varsayılan
iç kontrolcülerine PID yönteminin eklenmesiyle sistemin kontrol performansları
oldukça iyileştirilmiştir. Performans testleri, hem iç hem de dış rotasyon
hareketleri için sert ve yumuşak etkileşim olarak adlandırılan yüksek ve düşük
olmak üzere iki farklı etkileşim tork seviyesinde gerçekleştirilmiştir.
Performans çalışmaları sonunda oldukça umut verici sonuçlar elde edilmiştir.
Sonuçlar gerçek zamanlı etkileşim tork değeri ve hareket sırasında hedeflenen
etkileşim tork değerinden sapma yüzdesi şeklinde verilmiştir. Çalışma ayrıca
pnömatik sistemlerin kuvvet/tork geri besleme uygulamalarında ne kadar başarılı
olabileceğini göstermektedir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular, haptik
kontrolün pnömatik uygulamalarında kullanılabilecektir.