TELK O M N I K A   Te l e c ommu n i c at i on ,   C omp u ti n g ,   El e c t r on i c s   an d   C on tr o l   V ol .   1 8 ,   N o .   2 A pri l   2020 ,   p p.   1047 ~ 105 3   IS S N :   1693 - 6930 ,   a c c r e di t e d   F i rs t   G r a de   by   K e m e n ri s t e kdi k t i ,   D e c r e e   N o:   21 / E / K P T / 2 018   D O I:   10 . 129 28/ T E L K O M N IK A . v1 8 i 2 . 1487 6     1047       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / j our nal . uad . a c . i d/ i nd e x . php / T E L K O MNIKA   C o n t r o l l i n g   a   k n e e   C PM  m a c h i n e   u si n g   PID   a n d   i t e r a t i v e   l e a r n i n g   c o n t r o l   a l g o r i t h m       D e c h r i M an e e th a m 1 ,   P e t r u s   S u tyas ad i 2     1 M e c ha t r on i c s ,   R a j a m a n ga l a   U ni ve r s i t y   o f   T e c h no l ogy   T h a nya bur i ,   T ha i l a nd   2 M e c ha t r on i c s ,   P o l i t e k ni M e k a t r on i k a   S a na t a   D ha r m a ,   I nd one s i a       A r ti c l e   I n fo     A BS TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   Re c e i v e d   J ul   18 ,   20 19   Re vi s e D e c   30 ,   20 19   A c c e pt e F e 14 ,   202 0     A   c onve nt i on a l   c on t i nuou s   pa s s i ve   m o t i on   ( C P M )   m a c hi ne   u s e s   s i m pl e   c ont r o l l e r   s u c a s   O n/ O f f   c on t r ol l e r .   S o m e   be t t e r   C P M s   u s e   P I D   c ont r o l l e r .   T he s e   k i nd   o f   C P M s   c a n   no t   d i s t i ngu i s l oa d i f f e r e n t   due   t t h e   d i f f e r e n t   s i z e   of   t h e   pa t i e n t   l e g.   T h i s   m a c a u s e   t he   C P M   no   l ong e r   f ol l ow   t he   t r a j e c t or y     or   t he   a ng l e   c o m m a n ds .   M e a nw hi l e ,   e a c h   pa t i e n t   m a y   ha v e   d i f f e r e n t   s c e n a r i o   of   t he r a p f r o m   t h e   o t he r s .   W he p r og r e s s   o t he   pa t i e nt   e x i s t s t he   r a nge     of   t he   f l e x i on  m a be   i n c r e a s e s t e by  s t e p .   T he r e f o r e ,   t he   t r e a t m e nt   c a be   di f f e r e n t   i n   t e r m   o f   t h e   r a nge   of   f l e xi o f r o m   t i m e   t o   t i m e .   T h i s   p a pe r   pr o pos e s   C P M   w i t h   hy br i pr o por t i ona l   i n t e g r a l   d e r i va t i ve   ( P I D )   a nd   i t e r a t i v e   l e a r ni ng   c ont r o l l e r   ( I L C ) .   T he   s ys t e m   ha s   c a p a b i l i t y   i n   l e a r n i ng   t he   t r a j e c t or t r a c k i ng .   T he r e f o r e ,   t h e   C P M   w i l l   be   a b l e   t f ol l ow   a n l oa d   o r   t r a j e c t or c h a ng e s   a ppl i e t o   i t .   T he   m or e   a c c ur a t e   C P M   m a c hi ne   c a f o l l ow   t he   t r a j e c t or y   c om m a nd ,   t he   be t t e r   i t s   p e r f or m a nc e   f o r   t he   t r e a t m e nt .   T h e   e xp e r i m e nt   s h ow e d   t ha t   t h e   s y s t e m   w a s   s t a b l e   d ue   t t he   P I D   c o nt r ol l e r .   T he   t r a c ki ng   pe r f o r m a n c e   a l s i m pr ove w i t t he   I L C   e ve n   t he r e   e x i s t   s o m e   d i s t u r ba n c e s .   Ke y w or d s :   CP M     IL C     L e a rni n a l go ri t hm   P ID     Re ha bi l i t a t i on   m a c h i ne   T hi s   i s   an   op e n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e n s e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   D e c hr i t   M a n e e t ha m   F a c ul t y   o f   T e c hn i c a l   E duc a t i on ,   M e c h a t r oni c s   E ngi n e e ri ng ,   Ra j a m a ng a l a   U n i ve rs i t y   of   T e c h nol o gy  T h a nya buri ,   Ra ngs i t - N a k hon   N a yok   Rd ,   K hl on H ok ,   K hl on L ua ng  D i s t ri c t ,   P a t hu m   T h a ni ,   T h a i l a nd .   E m a i l :   de c hri t _ m @ r m u t t . a c . t h       1.   I N TR O D U C TI O N   c on t i nu ous   p a s s i ve   m o t i o (CP M )   m a c h i ne   i s   a   m e c h a ni s m   t ha t   w orks   a c c ord i ng   t o   re h a bi l i t a t i on   t he or of   a   c on t i nu ous   a nd  r e pe t i t i v e   p a s s i ve   m ot i on  [1 ].   T h i s   m ov e m e nt   ha s   t h e   purp os e   i m e d i c a l   pra c t i c e   t r e c o ve r   i n j ur e l i m bs   m ot ori c   fu nc t i on   [2] .   t he   fun c t i on   of   a   CP M   i s   i t   m a y   r e duc e   t he   t he r a pi s t ’s   w ork l oa a t   t he   h os pi t a l   [3].   CP M   i s   e xpe c t e c a b e   pro gra m m e t do  a   r e pe t i t i v e   m ove m e nt   i fl e xi ng  a nd  be ndi n t he   pa t i e nt ’s   m us c l e .   S om e   a c c i de nt s   on   t h e   k ne e   m a c a us e   prob l e m   i n   t h e   a nt e r i or   c ru c i a t e   l i ga m e n t   (A CL ) .   T h e   a c c i de n t s   us ua l l m a k e   s t rong   i m pa c t   or   hyp e re xt e ns i on .   I t hi s   c a s e ,   s o m e t i m e s   s ur gi c a l   r e c ons t ruc t i o of   t he   A CL   m us t   be   c ondu c t e d   [4] .   A C L   i n j uri e s   a re   c om m on   for   s om e   a c t i v e   pe opl e   [5] .   A C L   i s   t he   m os t   i m port a nt   c om pone nt   for  t h e   kn e e   m ove m e nt .   T he   m a i func t i o of  A CL   i s   t c ont r ol   p os t e r i or   t r a ns l a t i o of   t h e   f e m u w he   t he   t i bi a   i s   fi x e d   [6] .   P a t i e nt   w i t A C L   rupt ure   us ua l l y   ne e a   s urgi c a l   t re a t m e nt   us i ng   t i s s ue   a ut ogra f t s   or   a l l ogra f t s   [ 7]  t re s t o re   t h e   pi vo t i n s po t s   [8] .   A ft e r   t h e   s urge r y,   e a rl t re a t m e nt   t h a t   us ua l l y   c ondu c t e d   i s   pa s s i ve   r e h a bi l i t a t i on   t o   m i n i m i z e   s w e l l i ng   a nd   pa i n,   bu t   m os t l y   t o   br i ng   ba c k   t h e   ra ng e   of   m o t i on .   P a s s i ve   re ha b i l i t a t i on  i s   m ov i ng   t h e   l i m bs   w hi l e     t he   m us c l e   r e m a i ns   r e l a x.   If   i t   i s   no t   d one   by   a   t h e r a pi s t ,   i t   c a b e   don e   by   a   CP M   m a c h i n e   [9 ].   A c c ord i ng  t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                 IS S N :   1693 - 6 930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    1047   -   1053   1048   s om e   r e s e a rc h e s ,   by   us i ng   CP M   m a c h i n e ,   s i g ni fi c a nt   r a nge   of   m ot i on   g a i n   fro m   7   t 22   de g re e s   h a s   be e n   re por t e d   [10 1 6 ].   A no t he r   re port e t h a t   duri ng  t he   hos pi t a l   s t a y ,   CP M   m a c hi n e   i nc r e a s e   t he   s pe e of  k ne e   fl e x i on   re c ov e ry  [1 6 - 19 ] .   S om e   CP M   m a c h i ne   us e   O n / O ff  c ont ro l .   H ow e v e r,   s om e   re s e a r c he rs   us i ng  p ropor t i on a l   i nt e gr a l   a nd   de ri v a t i ve   (P ID )   c on t rol l e r ,   a   l i n e a r   a nd   s i m pl e   c on t ro l l e r   t c ont r ol   t h e   CP M   m a c h i n e   [2 0 - 2 2 ].   T o   ha n dl e     t he   non - l i n e a r   dyn a m i c s   o t h e   CP M ,   P ID   w i t h   N e ur a l   N e t w ork  a l gor i t h m   w a s   a l s pro pos e d   [2 3 ] .   H ow e ve r ,   va ri a t i on   of   l oa ds   m a y   a ff e c t   t h e   t r a j e c t ory   t ra c ki n of   t h e   CP M .   It e ra t i v e   l e a rn i ng   c ont rol   (I L C)   i s   a   r e l a t i v e l ne w   a l gori t h m   t h a t   i s   a bl e   t o   l e a rn   a nd   f i x   a   t ra j e c t or y   t r a c k i ng  c on t rol   p robl e m   of   a   r e p e t i t i v e   w orks   [ 2 4 - 2 6 ] .   CP M   m a c h i ne   w orks   i r e pe t i t i v e   w a y.   T h i s   p a pe r   e x pl a i ns   t he   d e ve l op m e n t   of   a   kn e e   CP M   m a c hi n e   a nd  i t s   c ont r ol   a l gor i t h m   us i ng   P ID - I L C .   T h e   go a l   i s   h a vi ng   a   kn e e   CP M   w i t c a pa b i l i t y   t o   t r a c k   t he   t ra j e c t ory   re fe r e n c e   i n   t h e   pre s e nc e   of  v a r i ous   l oa fr om   t h e   pa t i e nt ’s   l e g.       2.   R ES EA R C H   M ET H O D   A   kne e   CP M   m a c h i n e   w a s   de s i gne a nd  m a nufa c t u re d   for   t he   pr ot o t ype .   T h e   m a c hi ne   w a s   a c t ua t e d   by  a   d c   m o t or.   T c on t rol   t he   m ot or ,   a   P ID - IL C   c ont rol l e r   w a s   d e ve l ope a nd   i m pl e m e n t e d   t o   t he   s ys t e m .     T he   m e c ha n i c a l ,   e l e c t ron i c ,   a nd   t h e   c on t rol l e r   d e s i gn   a r e   e xp l a i i t hi s   c h a pt e r .     2. 1 .   M e c h an i c al   d e s i gn   T he   s t ruc t ur e   i s   m a d e   fro m   s t a i n l e s s   s t e e l   a nd  a l u m i n i um .   T he   dra w i ng  of  t h e   de s i gn  i s   s how i n   F i gure   1 .   T h e   3D   de s i gn   of   t he   CP M   pro t ot y pe   i s   s how n   i n   F i gure   2 .   T h e   fi n a l   r e s ul t   of  t h e   ha rdw a re   i s   s h ow i F i gur e   3 .   T h e   c on t ro l l e a nd   t h e   dc   m ot or   dr i ve i nc l ud i n t h e   a d a pt or  a r e   p ut   i n   on e   box .   T he   t he   s ha nk  s upport   ha s   s pong e   a nd   c ov e r e w i t h   vi nyl   s he e t .   I t   a l s o   h a s   vi nyl   s t r a p   t o   hol t he   p a t i e n t   l e g   dur i ng   m a c h i ne   ope ra t i on.   In   t h i s   c a s e   w e   m e a s ure   a n c ont rol   t h e   a ng l e   of   t he   hi p   j oi n t   ( b).   T he   a ng l e   w a s   m e a s ur e d   fro m     t he   c o nve r t i o o t he   e nc o de r   v a l u e .   F i g ure   4   s how s   t he   h a rd w a re   t e s t   on   a n   a dul t ’s   l e g .   It   s how s   a l s o   t he   ra t i o   or  t he   propo rt i on  of  t he   h a rd w a re   s i z e   t o   a n   a dul t ’s   l e g .   T he   s t ra ps   us e d   t h ol d   t h e   l e s o   i t   c a n   fo l l ow     t he   CP M   m ov e m e nt .           F i gure   1 .   M e c h a ni c a l   de s i g o t he   CP M   (di m e ns i on   i n   m m )         a   :   K ne e   j oi nt   b   :   H i p   j o i nt   z   :   Ba l l   s c re w   ro t a t i on   x   :   S l i de t ra ns l a t i on     :   D M ot or   :   S ha n s upp ort   :   T h i gh t   s up port     F i gure   2 .   T he re   di m e ns i on a l   dra w i ng   of   t h e   CP M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         Cont r ol l i n a   k ne e   C P M   m ac hi n e   us i ng   P ID   and   i t e r a t i v e     ( D e c hr i t   Man e e t ham )   1049         F i gure   3 .   CP M   P rot o t y pe           F i gure   4 .   L e g   t e s t   on   t h e   CP M       2. 2 .     El e c t r on i c   d e s i gn   T he   CP M   m ove m e nt   i s   g e ne ra t e d   by   a   rot a t i ona l   m ove m e n t   p rodu c e d   by   a   D C   m o t or .   By   us i n a   c ra nk   s l i d e m e c ha ni s m ,   t he   rot a t i ona l   m ove m e nt   i s   t r a ns l a t e i nt o   l i ne a m ot i on.   T h e   ro t a t i on   of  t he   m ot or  i s   re a d   by   us i ng   a   rot a ry   e n c od e a t t a c he d   di re c t l t t he   dc   m o t or  s ha f t   a t   t h e   b a c k .   T h e   i nfor m a t i on   of   t h e   a c t ua l   pos i t i on  o t he   m ot or   i s   s e nt   t t he   m i c r oc on t ro l l e r.   T he   pos i t i on  i nfor m a t i o t he n   w i l l   be   c om p a r e t   t he   t r a j e c t ory  d e f i ne d   a n t he n   t h e   e rror   w i l l   b e   m a ni pu l a t e d   us i ng   propor t i o na l ,   i n t e gr a l ,   a nd   de r i va t i v e   t e r m   i ns i de   t he   P ID   c on t rol l e r .   T h e   pe rfo rm a nc e   a l ong   t h e   t ra j e c t ory   w a s   r e c orde d.   T he   pe r form a n c e   i n   e a c pa rt i c u l a r   p oi n t   of   t h e   qua nt i z e d   t r a j e c t ory   i s   c om p a r e d   t o   t he   pre vi ous   one   a nd   m a n i pul a t e d   us i n propor t i o na l   a nd  d e r i va t i v e   t e r m   i n s i d e   t he   I L c on t rol l e r .   T h e   m a n i pu l a t e v a ri a bl e   from   t he   IL C   w a s   s e nt   a nd  a dd   up  t o   t he   P ID   out pu t .   T h e   c orr e c t i on  s i gna l   fr om   t he   IL w i l l   r e fi ne   t h e   c ont rol   s i gna l   of   t h e   P ID .     T h e   c ont rol l e r   us e s   A rdui no  U N O   b oa rd ,   a nd   t h e   D m o t or  d ri v e us e s   V N H 2S P   c hi p   t h a t   ha s   m a ny  a dv a nt a ge s   s u c a s   pol a r i t y ,   ove vo l t a g e ,   a n ov e r   c u rre n t   p rot e c t i on .   T h e   de t a i l   of  t h e   e l e c t roni c   di a gra m   i s   s h ow o F i gure   5 .           F i gure   5 .   E l e c t roni c   di a gra m   of   t h e   d c   m o t or   c on t ro l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                 IS S N :   1693 - 6 930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    1047   -   1053   1050   2. 3 .   P I D   an d   I LC   c on t r ol l e r   d e s i gn   P roport i ona l   Int e gr a l   a n D e ri va t i v e   (P ID )   c ont rol l e r   w a s   i nv e nt e d   i n   191 0,   ow n e d   by   E l m e r   S pe r ry’s   s hi a ut opi l ot .   T h e   popu l a r i t y   of   t he   c ont r ol l e r   e ve n   gr ow m ore   s i nc e   t he   t uni ng   m e t ho ds   w a s   i nt ro duc e d   by   Z i e gl e a nd   N i c hol s   i n   1942   [2 7 - 2 8 ] .   P ID   c on t ro l l e i s   a   c ont rol l e t ha t   c a l c u l a t e s   t h e   d i ffe re n c e   b e t w e e n     t he   de s i r e va l ue s   o S e t   P oi n t   (S P t t he   a c t u a l   va l ue   or  t he   out pu t .   T h e   d i ff e re n c e   be t w e e S P   a nd  o ut pu t   i s   c a l l e t h e   e rror   s i gn a l .   T he   e rro s i gn a l   t h e t b e   pr oc e s s e ba s e on   propor t i ona l ,   i n t e gr a l ,   a nd  d e r i va t i v e   t e r m s   t o   ge t   t he   m a ni pu l a t e d   va ri a bl e   or  t h e   c o nt ro l   s i g na l .   H ow e ve r ,   d e s pi t e   o i t s   popu l a ri t y,   e v e P ID   c ont r ol l e onl y   c o ns i s t   of  t hre e   ga i t b e   t une d,   i t   s t i l l   ha rd  t o   do.   T h e r e   a re   s t i l l   a   l a r ge   num be r   of  ba d l y   t un e P ID   c on t rol l e rs   on   a   pro c e s s   pl a nt   [ 29 ].   It e r a t i ve   L e a rn i ng  C ont r ol   (I L C)  i s   a   c on t ro l l e t h a t   i m prov e s   t he   t r a j e c t ory  t ra c ki n by  l e a ni ng  fro m   pre vi ous   t a s k.   T h e   pr e vi ous   t a s m e a ns   a   c om p l e t e   t ra c k i ng  of  t he   w hol e   t ra j e c t ory   fro m   s t a rt   t e nd.     Th e   c o ndi t i ons   t h a t   s hou l be   ful fi l l e d   b e for e   us i ng   t h e   I L C   a re :     It   i s   a   r e pe t i t i v e   w o rk  o a   s a m e   t ra j e c t o ry.     T he   s t a rt i ng  a nd   e ndi ng   pos i t i on  s h oul d   b e   t he   s a m e .     T he   s ys t e m   s houl b e   s t a b l e .   T he   a c c ur a c y   of  t he   t r a c k i ng  i s   i m prov e fr om   o ne   r e p e t i t i on  t t he   ne xt   r e pe t i t i o n.   T h e   s ys t e m   s hou l d   be   a   s t a b l e   s ys t e m   b e for e   t h e   I L i s   i m pl e m e nt e d .   T h i s   i s   d one   by   t h e   P ID   c ont ro l l e r .   In  c om bi n i ng  P ID   a nd   IL t he t he   P ID   ga i ns   s houl be   s e t   t l ow   va l ue s   but   s t a b l e .   E ve t h e   t r a c ki ng   i s   poor   due   t t he   l ow   g a i n ,   IL w i l l   a dj us t   t he   m a ni p ul a t e c ont rol   s i gn a l   unt i l   t h e   d e s i re t ra j e c t o ry  i s   a c hi e v e [ 3 0 ].   Con t ro l   s i g na l   of   IL i s   d e t e r m i n e from     = 1 + ̇ 1 ( ) + 1 ( )   (1)     t he   hybr i d   P ID - IL C   i s   for m e d   by   a ddi n s i gna l   f rom   I L t o   t he   P ID   a l gor i t h m .   T hus ,   t h e   c on t rol l e b e c o m e s :     = ( ) + ̇ ( ) + ( )  +   (2)     w i t h   t h e   v a ri a b l e s   a r e :   u j   :   I L c on t rol   s i g na l ,   e j   :   e rror   s i gn a l ,   j   :   i t e r a t i on   nu m be r ,   k p   :   pro port i on a l   ga i n ,   k d   :   d e ri v a t i ve   g a i n ,   k i   :   i nt e gra l   ga i n .   T he   bl oc k   di a gr a m   of   t h e   P ID - IL C   c ont r ol l e r   i s   s h ow i F i g ure   6.           F i gure   6 .   B l oc d i a gra m   o h ybri d   P ID - I L C       3.   R ES U LTS   A N D   A N A LY S I S   T he   CP M   w a s   g i ve n   a   t ri a ngl e   w a v e   t r a j e c t ory   i nput .   T he   v a ri a bl e s   b e i ng   c o nt ro l l e d   a r e   t h e   a m pl i t ude   of  t h e   w a v e   t ha t   i nd i c a t e s   t h e   a ng l e   of   t h e   hi p   j o i nt   on   t h e   CP M .   T he   P ID   c ons t a n t   s e t t i ng   i s   us ua l l y   don e   w h e t he   CP M   ha s   no   l o a d   on   i t .   L o a ds   m a di s t u rb  t h e   c ont rol   s y s t e m   of   t he   CP M .   A dd i t i ona l   l o a from   p a t i e n t ’s   l e c a c ha ng e   t he   t r a j e c t ory   t r a c k i ng  r e s pons e .   T h e or i t i c a l l It e ra t i v e   L e a rni ng  Co nt ro l   f i xe s   t h e   t r a j e c t ory   t ra c ki n w i t h i n   p a rt i c u l a r   t i m e   i n   r e pe t i t i v e   w a y .   F i gur e   7   s how s   fro m   t h e   e xpe r i m e n t   t h a t   e ve n   t he   P ID   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         Cont r ol l i n a   k ne e   C P M   m ac hi n e   us i ng   P ID   and   i t e r a t i v e     ( D e c hr i t   Man e e t ham )   1051   c ont r ol l e r   h a s   be e n   t u ne d   p rope rl y ,   but   s o m e   l o a d   a p pl i e d   h a v e   c h a ng e d   t h e   t r a j e c t ory   t ra c ki n g.   I t   di d   not   a ff e c t   m uc h   o n   t h e   ri s e   t i m e ,   but   t he   s t e dy   s t a t e   e r ror   w a s   i n c r e a s e d   s i gn i fi c a nt l y.   T he   a m p l i t ud e   re du c e d   6   de g re e s .   T hre e   de gr e e s   l e s s   fro m   t h e   m a x i m um   pos i t i o a nd   t hr e e   d e g re e s   fro m   t he   m i ni m u m   pos i t i on .   F i gure   8   s how s   t ha t   P ID - IL C   c on t ro l l e r   i s   a b l e   t o   r e t urn   t he   t r a j e c t ory   t ra c ki n g   t o   t he   t ra j e c t or re fe r e n c e .   O n   t he   f i rs t   re p e t i t i on ,   t he   P ID - I L C   produ c e s m a l l   ov e rs hoot ,   but   l a t e r   i t   w a s   a bl e   t o   m a n a ge     t he   os c i l l a t i on   t m e e t   t he   t ra j e c t ory   r e fe r e n c e .   A ft e f ou re pe t i t i ons ,   t he   s ys t e m   w a s   a bl e   t o   re t urn   t   t he   t r a j e c t ory  r e fe re n c e .   A n ot h e e xpe ri m e n t   i s   w i t l ow e P I D   c ons t a nt   ga i ns   s e t .   In   t h e   b e gi n ni ng ,   t he   s ys t e m   c oul d   n ot   t r a c t h e   t ra j e c t o ry   re f e re nc e .   H ow e ve r ,   a f t e s e ve r a l   i t e ra t i on ,   t h e   s ys t e m   w a s   a b l e   t o   t r a c k     t he   t ra j e c t ory   e ve w i t h   i ni t i a l   l ow   P ID   g a i n .   F i gur e   9   s how s   t h e   s ys t e m   re s po ns e   w i t h   P ID   c on t rol   on l y   a nd  t he   ga i ns   w e re   s e t   l ow .   T h e re   a re   s t e a dy   s t a t e   e r rors .   F i gur e   1 s how s   c om b i ni ng  w i t h   IL C,   t h e   P ID   c o nt ro l l e a ft e s e ve n   i t e ra t i ons   t h e   s ys t e m   w a s   a bl e   t t ra c k   t h e   t ra j e c t o ry  r e fe r e nc e .           F i gure   7 .   L oa c ha nge s   t r a j e c t ory   t r a c k i ng   of   a   w e l l   t un e P I D   c on t rol l e r           (a )         (b)     F i gure   8 .   ( a )   P ID - IL C   c ont r ol l e r   t r a c k e d   ba c k   t h e   t ra j e c t or r e fe r e nc e   a f t e r   di s t urb a nc e ,     (b)  a ft e f our  re p e t i t i ons   P ID - I L C   pe r fe c t l y   t ra c k   t h e   t ra j e c t or re fe r e nc e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                 IS S N :   1693 - 6 930   T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol V ol .   1 8 ,   N o.   2 A pri l   2 020:    1047   -   1053   1052       F i gure   9 .   P ID   c on t ro l l e w i t h   l ow   g a i ns           F i gure   10 .   P ID - I L C   re s p ons e   s ys t e m       4.   C O N C LU S I O N   T he   CP M   m a c hi n e   h a s   b e e n   de ve l ope a nd  c ont rol l e d   s uc c e s s ful l us i ng  P ID - I L c on t rol l e r .     T he   m e c ha n i c a l   p a rt   i s   a bl e   t o   s uppor t   t h e   pa t i e nt   l e g.   A l l   t h e   j oi nt s   m o ve m e n t   a r e   s m oo t h.   T he   pr opos e d   h ybri d   c ont r ol l e r   s u c c e s s ful l y   c on t rol s   t he   s ys t e m .   T he   s ys t e m   i s   a bl e   t o   t ra c k   a nd   fo l l ow   t he   t ra j e c t or y   gi v e n   i   t he   pr e s e n c e   of   di s t urba nc e   or  l oa d .   W e l l   t un e d   P ID   c on t rol l e r   ha s   6   de gre e s   s t e a dy  s t a t e   e rr or  i n   t h e   a pp e a r a n c e   of  l oa d .   H ow e ve r ,   t h e   P ID - IL a b l e   t o   r e t urn   t h e   t r a j e c t ory   r e fe r e nc e   a f t e t h e   4t h   r e p e t i t i on .   P ID - I L C   i s   a b l e   t r e c ove r   t he   s t e a d s t a t e   e rr or   of   a   l ow   g a i n   P ID   c o nt ro l l e r   a f t e r   7   r e pe t i t i on .   T he   c a pa bi l i t o t ra c ki ng    t he   t r a j e c t ory   re fe r e nc e   w i l l   g ua r a nt e e   t he   s ys t e m   t o   fo l l ow   a ny  s e t   o p a rt i c ul a p a t i e n t   re h a bi l i t a t i on   s c e n a ri o         RE F ER EN C ES   [ 1]   F u   Y . ,   W a ng   P . ,   W a ng   S . ,   L i u   H . ,   a nd   Z ha n g   F . D e s i gn   a nd   de v e l op m e nt   of   a   po r t a b l e   e xos ke l e t on   b a s e d   C P M   m a c hi ne   f o r   r e ha bi l i t a t i on  o f   h a nd   i n j u r i e s ,   2007   I E E E   I n t e r na t i onal   C on f e r e nc e   o R ob ot i c s   an B i om i m e t i c s   ( R O B I O ) ,   pp .   147 6 - 1 481 ,   2007 .   [ 2]   F Y . ,   Z ha n F . ,   M a   X . ,   M e ng   Q . ,   D e ve l op m e nt   o f   a   C P M   m a c hi ne   f or   i n j u r e d   f i ng e r s ,   P r oc e e d i ng s   o f   t he   20 05   I E E E   E ng i ne e r i ng   i M e di c i n e   and   B i ol o g i ,   vo l .   5 ,   pp .   5 017 - 502 0,   2005 .   [ 3]   T a ng j i t s i t c ha r oe n   S . ,   a n d   L oh a s i r i w a t   H . ,   R e d e s i gn   o f   a   c ont i nuous   pa s s i ve   m ot i o m a c h i ne   f o r   t o t a l   kn e e   r e p l a c e m e n t   t h e r a py , ”  J ou r na l   of   H e al t h   R e s e a r c h ,   v ol .   33 ,   n o .   2,   p p.   106 - 11 8,   20 19.   [ 4]   H i e m s t r a   L A . ,   W e bb e r   S . ,   a nd   M a c D o na l P B . K ne e   s t r e ng t de f i c i t s   a f t e r   h a m s t r i ng   t e ndo a nd  pa t e l l a r     t e nd on   a n t e r i or   c r uc i a t e   l i g a m e n t   r e c on s t r uc t i on ,   M e d i c i ne   an d   Sc i e nc e   i n   Spo r t s   M e di c i ne vol .   32 ,   no .   8   pp. 1 472 - 147 9 ,   20 00 .   [ 5]   M i k ke l s e n   C . ,   W e r ne r   S . ,   &   E r i k s s o n   E . C l o s e   k i ne t i c   c ha i n   a l on e   c om pa r e d   t o   c o m bi ne d   o pe n   a nd   c l o s e d   ki ne t i c   c ha i n   e x e r c i s e s   f or   q u a d r i c e p s   s t r e ngt he n i ng   a f t e r   a nt e r i o r   c r uc i a t e   l i g a m e n t   r e c on s t r uc t i on   w i t h   r e s pe c t   t o   r e t u r n   t o   s por t s :   A   p r o s pe c t i ve   m a t c h e d   f ol l ow - up   s t udy ,”   K n e e   Sur ge r y   S por t s   T r a um at ol o gy   A r t hr os c opy vo l .   8 ,   no .   6   pp.   33 7 34 2 ,   20 00 .   [ 6]   D e l a y   B S . S m ol i ns ki   R J . ,   W i nd   W M . ,   &   B ow m a n   D S . C u r r e nt   p r a c t i c e s   a nd   op i n i on s   i n   A C L   r e c ons t r uc t i on   a nd  r e ha b i l i t a t i o n ,   A m e r i c an   J our nal   o f   K ne e   S ur g e r y vo l .   14 ,   no .   2 ,   pp .   85 91 ,   20 01 .   [ 7]   W oo   S L Y . ,   W u   C . ,   D e d e   O . ,   V e r c i l l F . ,   a nd   N o or a ni   S . B i o m e c ha ni c s   a n a n t e r i o r   c r uc i a t e   l i g a m e n t   r e c o ns t r u c t i o n ,”   J our nal   o f   O r t hop ae d i c   Su r ge r y   and   R e s e a r c h vo l .   1 ,   n o.   2 ,   S e p t e m b e r   200 6.   [ 8]   L e e   D Y H . ,   K a r i m   S A . ,   C ha ng  H C . R e t u r t o   s p or t s   a f t e r   a nt e r i or   c r uc i a t e   l i ga m e nt   r e c on s t r uc t i on    a   r e vi e w   of   pa t i e n t s   w i t h   m i ni m u m   5 - ye a r   f ol l ow - u p ,   A n nal s   of   t he   A c a de m y   o f   M e di c i ne ,   Si n gapo r e ,   v o l .   3 7 ,   n o.   4 ,     p p.   27 3 - 2 78,   2 008 .   [ 9]   R a s h i M R . ,   A h m a I N . ,   H a r on  R . ,   a nd   A dn a R . ,   T r e a t m e n t   e f f e c t i ve ne s s   o f   c on t i n uou s   pa s s i ve   m ot i on   m a c h i n e   dur i ng  pos t - ope r a t i ve   t r e a t m e n t   o f   a n t e r i or   c r uc i a t e   l i g a m e n t   p a t i e n t s , ”  2012   I E E E   Sy m pos i um   o H um a ni t i e s ,   Sc i e nc e   a nd   E ng i ne e r i ng   R e s e a r c h ,   pp .   469 - 473 ,   201 2.   [ 10]   M c I nne s   J . ,   L a r s on  M G . ,   D a l t r oy   L H . ,   e t   al . ,   A   c o nt r o l l e e va l ua t i on   of   c o nt i nu ous   pa s s i ve   m ot i on   i p a t i e n t s   unde r go i ng   t ot a l   kn e e   a r t h r op l a s t y ,”   J A M A ,   vo l .   2 68 ,   n o.   11 ,   pp .   14 23   1428 S e p t e m b e r   19 92 .   [ 11]   P ope   R O . ,   C o r c o r a n   S . ,   M c C a u l   K . ,   H ow i e   D W. ,   C ont i n uous   pa s s i v e   m o t i o a f t e r   pr i m a r t o t a l   k ne e   a r t h r op l a s t y:   doe s   i t   of f e r   a ny   b e ne f i t s ? ”  T he   B o ne   &   J oi n t   J o ur na l ,   vol .   79 ,   no .   6,   pp .   914   91 7 ,   19 97 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N IK A   T e l e c om m un   Co m put   E l   Con t rol         Cont r ol l i n a   k ne e   C P M   m ac hi n e   us i ng   P ID   and   i t e r a t i v e     ( D e c hr i t   Man e e t ham )   1053   [ 12]   S hi h   K Z . ,   L i u   T K. ,   T he   r ol e   of   c o nt i nu ous   p a s s i v e   m o t i on   f o l l ow i ng   t o t a l   k ne e   a r t hr opl a s t y ,   J o ur na l   o f   t he   F or m os an  M e di c a l   A s s o c i at i on ,   vo l ,   89 ,   no .   12 ,   p p.   10 77   10 80 ,   1 9 90 .   [ 13]   V e r ve r e l i   P A . ,   S ut t on   D C . ,   H e a r n   S L . ,   e t   a l . ,   C on t i nuou s   pa s s i ve   m o t i on   a f t e r   t o t a l   kne e   a r t hr op l a s t y :   a na l y s i s   of   c os t   a nd   b e ne f i t s ,”   C l i n i c al   O r t ho pae d i c s   and   R e l a t e d   R e s e a r c h ,   no.   32 1,   pp .   208   2 15 ,   1 995 .   [ 14]   W a s i l e w s k i   S A . ,   W ood s   L C . ,   T or ge r s on   W R J . ,   H e a l y   W L. ,   V a l ue   of   c on t i n uou s   pa s s i ve   m o t i on   i n   t o t a l   kn e e   a r t hr o pl a s t y ,   O r t hop e di c s ,   vo l .   13 ,   no .   3,   pp .   291   2 95 ,   1 990 .   [ 15]   H a r m s   M . ,   E n gs t r o m   B . ,   C on t i nuou s   p a s s i v e   m o t i on   a s   a n   a dj u nc t   t t r e a t m e nt   i n   t he   phy s i ot h e r a py   m a na ge m e nt   of   t ot a l   kn e e   a r t hr o pl a s t pa t i e nt ,   P h y s i ot he r apy ,   vo l .   77 ,   no .   4,   p p.   3 01   307 ,   1991 .   [ 16]   J ohn s on   D P . ,   E a s t w o od   D M. ,   B e ne f i c i a l   e f f e c t s   of   c ont i nu ous   pa s s i ve   m o t i on   a f t e r   t o t a l   c on dyl a r   kne e   a r t hr o pl a s t y ,”   A nna l s   o f   t h e   R oy a l   C ol l e g e   of   Su r ge ons   o f   E ng l and ,   vol .   74,   n o.   6 ,   pp.   4 12 - 416 ,   1992 .   [ 17]   R om n e s s   D W . ,   R a nd   J A. ,   T he   r ol e   of   c on t i nuo u s   pa s s i ve   m o t i on   f ol l ow i ng   t ot a l   k ne e   a r t h r op l a s t y ,   C l i n i c al   O r t ho pae di c s   and   R e l a t e d   R e s e a r c h ,   no .   226 ,   pp .   34   37 ,   1988 .   [ 18]   G ol e t z   T H . ,   H e n r y   J H. ,   C on t i nuou s   p a s s i v e   m o t i on  a f t e r   t ot a l   kne e   a r t hr o pl a s t y ,   S out he r M e d i c al   j o ur n al   vol .   79 ,   n o.   9 ,   pp.   1 116 1120 ,   198 6 .   [ 19]   V i nc e   K G . ,   K e l l M A . ,   B e c J . ,   I ns a l l   J N. ,   C on t i n uou s   p a s s i v e   m o t i on  a f t e r   t ot a l   kne e   a r t hr op l a s t y ,   T he   J o ur na l   of   A r t hr o pl as t y ,   v ol .   2,   n o. 4 ,   pp .   281 284 ,   1987 .   [ 20]   U e t s uj i   S . ,   K i ngs u va n gul   N . ,   B o ony a s u r a k ul   B . ,   a nd   C ha r o e ns u k   W . H a nd   e x os k e l e t o f o r   c on t i nuo us   p a s s i ve   m o t i on  p os t ope r a t i ve   r e ha b i l i t a t i on ,   20 17  10 th   B i om e d i c a l   E n gi ne e r i ng   I nt e r na t i ona l   C o nf e r e nc e   ( B M E i C O N )   pp.   1 - 5,   2 017 .   [ 21]   E s ki   I . ,   K i r n a p   A . ,   a nd   K i r na M . P I D   c ont r o l l e r   de s i gn  f o r   h u m a n   e l bow   t he r a py , ”  I nt e r n at i on al   J o ur na l   of   A pp l i e d   M a t he m a t i c s ,   E l e c t r on i c s   and   C om p ut e r s no .   4,   pp .   282 285 ,   201 6 .   [ 22]   O r t e ga   A B . ,   B e c e r r a   F A G . ,   V a l s   L G V . ,   d a A r c e ga   R O D . ge n e r a l i z e p r op or t i ona l   i n t e g r a l   c on t r o l l e r   f or   a n   a nkl e   r e h a b i l i t a t i on   m a c hi n e   ba s e d   on   a n   X Y   t a b l e , ”  20 13  I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on  M e c ha t r oni c s ,   E l e c t r oni c s   an A ut om ot i v e   E n gi ne e r i ng ,   M or e l os ,   pp.   1 52 - 157 ,   20 13.   [ 23]   T D i e p   C ong   T h a nd . ,   C on t r ol   N o ve l   M o de l   o K ne e   C P M   D e vi c e ,   s c i e nc e   &   t e c hno l o gy   de ve l op m e n t ,   S c i e nc e   and  T e c hno l ogy   D e v e l ogm e nt v o l   12,   n o.   4 ,   pp  18 - 29 ,   2 009 .   [ 24]   S .   A r i m o t o ,   S .   K a w a m u r a ,   a nd   F .   M i y a z a ki ,   B e t t e r i ng   ope r a t i on  of   r obo t s   by   l e a r ni ng ,   J ou r na l   o f   R obo t i c   Sy s t e m s vol .   1,   no .   2,   p p. 1 23 - 140 ,   198 4.   [ 25]   I bi d ,   B e t t e r i ng   op e r a t i on   o f   dy na m i c   s y s t e m s   by   l e a r n i ng :   A   ne w   c o nt r ol   t he or y   f o r   s e r vo m e c ha ni s m   or   m e c ha t r oni c s   s ys t e m s , "   T he   23 rd   I E E E   C on f e r e n c e   on   D e c i s i o a nd   C on t r o l ,   p p.   1064 - 106 9 ,   19 84.   [ 26]   S .   K a w a m ur a ,   F .   h l i y a z a ki   a nd   S .   A r i m o t o,   I t e r a t i ve   l e a r ni ng  c on t r ol   f or   r obo t i c   s ys t e m s ,”   200 I E E E   I nt e r n at i on al   C onf e r e n c e   on   C on t r ol   an A ut om at i on ,   C hr i s t c h ur c h ,   pp .   109 2 - 1 0 97,   20 09.   [ 27]   Z i e g l e r   Z G . ,   a nd   N i c h ol s   N B . ,   O pt i m u m   s e t t i ngs   f o r   a u t o m a t i c   c on t r ol l e r s ,   T r an s .   A SM E ,   vo l .   64 ,     pp.   75 9 76 8,   19 42.   [ 28]   A ng  K H . C hon G . ,   a nd  L i   Y . P I D   C on t r o l   S ys t e m   A na l y s i s ,   D e s i gn,   a nd   T e c hno l og y, ”  IE E E   T r a ns a c t i on s   o C ont r ol   S y s t e m s   T e c hno l o gy v ol .   13 ,   no.   4 ,   pp .   559 - 576 ,   200 5.   [ 29]   S koge s t a S . S i m pl e   a na l y t i c   r u l e s   f or   m ode l   r e duc t i on   a n P I D   c o nt r ol l e r   t un i ng ,   J our nal   o f   P r o c e s s   C ont r o l   vol .   13 ,   no .   4,   p p.   29 1 30 9 ,   20 03.   [ 30]   S ut y a s a di   P . ,   a nd   P a r n i c h kun   M . T r ot t i ng   c o nt r o l   of   a   q ua d r upe r obo t   us i ng   P I D - I L C ,   i n   I E C O N   201 -   41 st   A nnua l   C onf e r e nc e   o f   t h e   I E E E   I ndu s t r i a l   E l e c t r on i c s   Soc i e t y ,   pp .   00440 0 - 0 0440 5,   20 15.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.