Modeling and force-position controller design of rehabilitation robot for human arm movements

Physical disabilities such as full or partial loss of function in the shoulder, elbow or wrist is a common impairment in the elderly, and can also be a secondary effect due to strokes, trauma, sports injuries, and occupational injuries. Rehabilitation programs are the main method to promote functional recovery in these subjects. This work focuses on designing and nonlinear modeling of 3DOF nonwearable rehabilitation robot for rehabilitee the upper limbs in human body. The structure of this robot will eliminate singularity problem by depending on articulated configuration through adding shoulder offset to the robot base. The nonlinear modeling of a rehabilitation robot including kinematic and dynamic models is done for three degrees of freedom, with the effect of friction term in robot actuator. Three Intelligent Force-Position controllers, PD-like Fuzzy logic controllers are designed for position control and P controllers for force control, for moving the shoulder and elbow joints of the rehabilitation robot at desired trajectories. These controllers were tuned in order to make the robot end effecter tracking the desired medical trajectories in a specific time with minimum overshoot, minimum settling time and minimum steady state error. Each controller is tested by applying different trajectories with the application of external disturbances on the robot body. A comparison between the proposed intelligent controllers and conventional PD Force-Position controllers shows superior of the intelligent type of controller to make the end effecter follow the desired trajectory compared with the use of conventional controllers.- الإعاقات الجسدية مثل الفقدان الكامل أو الجزئي لوظيفة من الوظائف في الكتف أو الكوع أو الرسغ هو ضعف شائع في كبار السن، و يمكن أيضا أن يكون لها تأثير ثانوي بسبب الجلطات الدماغية و الصدمات النفسية و الإصابات الرياضية. إن برامج التأهل الطبي هي الوسيلة الرئيسية لإعادة فعالية الحركة للأطراف المصابة بالضعف الحركي. يركز هذا العمل على تصميم روبوت طبي يتكون من ثلاث مفاصل يستخدم لإعادة تأهيل الأطراف العليا للجسم البشري (الذراع). حيث أن هيكل هذا الروبوت صمم لحل مشكلة تمييز نهاية المحور بالنسبة للقاعدة بالاعتماد على الروبوت المفصلي التكوين، و ذلك من خلال إضافة كتف (إزاحة) إلى القاعدة. وضعت نماذج رياضية غير خطية لهيكل روبوت إعادة التأهيل متمثلة بنموذج الحركة الديناميكية ثلاثي المفاصل. و قد أخذت مشكلة الاحتكاك الموجودة في علبة ترووس محركات المفاصل الكهربائية في التمثيل الرياضي لغرض السيطرة عليها. وصممت مسيطرات قوة و موقع تتضمن مسيطر منطق ضبابي ذكي متناسب-م