مدلسازي و كنترل عصبي-عضلاني راه رفتن در افراد سالمند مبتني بر مدل Geyer مدلسازي و كنترل عصبي-عضلاني راه رفتن در افراد سالمند مبتني بر مدل Geyer

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

افراد در سالمندي نسبت به دوره جواني خود دچار تغييرات بزرگي مي‌شوند كه زندگي اين افراد را تحت تأثير قرار مي‌دهد. تغييراتي كه در سيستم اسكلتي، عصبي و عضلاني فرد سالمند رخ مي‌دهد كه يكي از آثار اين تغيير در كاهش سرعت راه رفتن نمود پيدا مي‌كند. بنابراين جدا از روش‌هاي مرسوم، نياز به روش‌ها و ديدگاه‌هاي مهندسي در طراحي توانبخشي سالمند است كه تا حد امكان زندگي بر اثر سالمندي محدود نشود. يكي از روش‌هايي كه مزاياي بهتري نسبت ديگر روش‌ها دارد، روش تحريك الكتريكي عملكردي است. قبل از طراحي و به كارگيري سيستم تحريك بر روي افراد لازم است به صورت شبيه‌سازي بر روي يك مدل عصبي-عضلاني اسكلتي كه راه رفتن را بيان مي‌كند، پياده شود. مدل انتخابي بايستي با داده‌‌هاي انسان همبستگي مناسبي داشته باشد همچنين ساختار اسكلتي، ماهيچه و عصبي باشد در مدل لحاظ گرديده باشد تا سيستم تحريك الكتريكي بر روي مدل ارزيابي شود. با توجه به اين نكته، با بررسي و ارزيابي‌ مدل‌هاي مختلف مشاهده شد كه مدل گِيِر عملكردي بهتري دارد و مطابقت آن با داده‌هاي انسان بيشتر است. از آنجا كه مدل گِيِر يك مدل جوان است بنابراين تغييراتي كه در سيستم حركتي فرد در سالمندي رخ مي‌‌دهد با توجه به ويژگي‌هاي مدل اعمال مي‌‌شود. براي كاهش سرعت حركت مدل سالمند از الگوريتم بهينه‌سازي استراتژي تكاملي تطبيق ماتريس كواريانس جهت تنطيم پارامترهاي قسمت عصبي مدل استفاده شد كه تابع هزينه آن بر اساس سرعت حركت مطلوب مدل سالمند و خستگي كمتر در حين راه رفتن است. همچنين استفاده از الگوريتم موجب مي‌شود كه نامعيني حاصل از ويژيگي‌هاي فيزيولوژيكي هر فرد سالمند لحاظ شود. پس از ايجاد يك مدل سالمند، چالش‌هايي بر سر طراحي كنترل ‌تحريك الكتريكي عملكردي بر روي اين مدل پيچيده وجود دارد تا بتوان كنترل‌كننده‌اي طراحي كرد كه سرعت حركت فرد سالمند بهبود پيدا كند. ابتدا ماهيچه‌هايي كه كاركرد و عملكرد آنها موجب بهبود سرعت راه رفتن مي‌شوند با نظر متخصص جهت اعمال تحريك الكتريكي عملكردي انتخاب شدند. براي طراحي كنترل‌كننده از ساختار كنترل حلقه باز استفاده گرديد در اين روش سيگنال تحريك الكتريكي با استفاده از سيگنال تحريك عصبي مدل به صورت كنترل ‌تناسبي ايجاد مي‌شود. ضرايب تناسبي كنترل‌كننده نيازمند به تنظيم در جهت افزايش سرعت حركت مدل سالمند است كه براي اين كار از الگوريتم بهينه‌سازي استفاده شد تا تابع هزينه موجب بهبود سرعت حركت شود و چالش خستگي بر اثر تحريك الكتريكي به حداقل برسد. نتايج حاصل از تنظيم پارامترهاي كنترل حلقه باز تحريك الكتريكي عملكردي نشان داد سرعت حركت مدل سالمند افزايش پيدا كرد ولي موجب تغيير ناگهاني سرعت مي‌شود كه با مشخصه‌هاي فيزيولوژيكي فرد سالمند در تناقض است. بنابراين جهت اين كه جلوي اين تغيير ناكگهاني سرعت گرفته شود، تابع هزينه تغيير داده مي‌شود تا تغييرات طول قدم‌هاي مدل سالمند در حين حركت به حداقل برسد و مدل سالمند طول قدم‌هايش برابر شود.

223674

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان