توسعه اسکلت بیرونی اندام تحتانی در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. اسکلت بیرونی اندام تحتانی را به طور کلی می توان به دو دسته طبقه بندی کرد، که هرکدام بخشی از نیازهای بیمار را برآورده و از روش های کنترل متفاوتی استفاده می کنند. حبیب محمد که این پژوهش در قالب رساله دکترای تخصصی وی در رشته مهندسی برق-کنترل انجام شده است، با بیان این مقدمه افزود: دسته اول که "توانبخشی" نامیده می شود، برای کمک به بیماران مبتلا به ضعف عضلانی و بازیابی قدرت اسکلتی عضلانی طراحی شده است و از یک استراتژی کنترل"کمک در صورت نیاز" استفاده می کند. دسته دوم که "کمکی" نامیده می شود برای کمک به بیماران مبتلا به فلج کامل پایین تنه برای راه رفتن مجدد است و از استراتژی کنترل"موقعیت" استفاده می کند.
وی تشریح کرد: در این رساله فقط بر روی دسته دوم تمرکز شده است. استراتژی کنترل موقعیت به سه سطح تقسیم می شود. کنترل سطح بالا که پارامترهای راه رفتن را بر اساس قصد کاربر و شرایط محیط تعیین می کند. کنترل سطح متوسط که الگوی راه رفتن را با توجه به پارامترهای راه رفتن تولید می کند و کنترل سطح پایین که مسیرهای تولید شده مفاصل را مانندPID، دنبال می کند.
دکتر محمد در خصوص چالش های موجود اظهار داشت: با توجه به فلج بودن اندام تحتانی بیمار، هنوز چالش هایی در دو سطح اول و دوم وجود دارد. در سطح اول، معمولا قصد راه رفتن کاربر فقط شروع گام برداشتن ربات است و به روش های مختلف درک شده است، درحالی که در این رساله شرط شروع به حرکت بر اساس بهتر بودن تعادل جانبی ربات پیشنهاد می شود. برای بیماران فلج ضروری است که بر اساس قصد خود با پارامترهای خاص گام، از جمله طول گام، ارتفاع گام، و زمان گام راه بروند. مواقعی که مانع یا شیب/پله وجود داشته باشد، پارامترهای گام برداری باید بر اساس مشخصات آنها فراهم شود که در این پژوهش با استفاده از حسگر لیزری و روش های هوشمند مشخص شده است.
وی در اشاره به محدودیت های موجود در روش های تولید الگوی راه رفتن گفت: روش های تولید الگوی راه رفتن موجود دارای محدودیت هایی از جمله عدم تنظیم مناسب الگوی گام برداری بر اساس پارامترهای گام برداری مختلف، بهینه نبودن مسیرها، یا زمان حقیقی نبودن الگوریتم تولید مسیر هستند. در این رساله دو روش تولید مسیر بهینه برخط بر اساس پارامترهای گام برداری در فضای دکارتی و مفصلی ارائه می شود.
پژوهشگر دانشگاه اضافه کرد: با تعریف یک مسئله کنترل بهینه با قیدهای شرایط نهایی تغییرپذیر، مسیرهای بهینه مد نظر به دست می آید. شرایط مرزی مسئله ی بهینه، تولید الگوی گام برداری مناسب بر اساس پارامترهای گام برداری را به عهده می گیرد. با قابلیت تعمیم دادن این شرایط مرزی، مسیرهایی برای سناریوهای مختلف اعم از اجتناب از مانع و بالا/پایین رفتن از پله/شیب تولید می شوند. در فضای دکارتی، سه بلوک مولد مسیر برای تولید الگوی راه رفتن ساخته می شود. بلوک اول برای مرکز جرم سیستم اسکلت بیرونی-انسان در فاز پشتیبانی است و مسیری برای اینکه بیمار احساس راحتی کند پیشنهاد داده می شود، درحالی که بلوک دوم و سوم برای پای پشتیبانی و پای نوسان در فاز نوسان هستند. مسیری برای پای پشتیبانی بر اساس تعادل دینامیکی و با استفاده از معیار مرکز فشارCoP تولید می شود، اما برای پای نوسان مسیری با حداقل گشتاور موتورهای مفاصل برنامه ریزی می شود. در فضای مفصلی، سه نوع مولد مسیر پیشنهاد داده می شودکه هر سه مولد، مسیرمفاصل ربات و الگوی راه رفتن تولید می کنند. نوع اول مسیر مفاصل را با حداقل شتاب زاویه ای تولید می کند و نوع دوم مسیر مفاصل را با حداقل پیچ وخم تولید می کند. اما نوع سوم مولد مسیر چند هدفه است که مزایای هر دو مولد قبلی را پوشش می دهد.
دکتر محمد در پایان گفت: برای ارزیابی روش های ارائه شده آزمایش های مختلفی به صورت شبیه سازی و پیاده سازی عملی بر روی ربات اسکلت بیرونی اکسوپد مورد بررسی قرار گرفت و در آنجا نتایج به دست آمده عملکرد خوبی نشان داد.
گفتنی است این پژوهش در قالب رساله دکترای تخصصی حبیب محمد با راهنمایی دکتر سجاد ازگلی عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه انجام شد.