8 (495) 987 43 74
Мы в соцсетях -              
Рус   |   Eng

Купить статью

Авторы: Блинов А. О., Борисов А. В., Кончина Л. В., Куликова М. Г., Маслова К. С.     Опубликовано в № 4(94) 31 августа 2021 года
Рубрика: Моделирование процессов и систем

Моделирование движения опорной ноги экзоскелета с двумя звеньями переменной длины в 3D-пространстве

В статье предложена модель двух звеньев экзоскелета переменной длины для поддержки нижних конечностей опорно-двигательного аппарата человека. Отличие данной работы от имеющихся заключается в использовании звеньев, изменяющих свою длину, и в способе отсчета углов, которые в других моделях отсчитываются от постоянного направления: от вертикали либо от горизонтали, а в данной работе – между звеньями. При практической реализации экзоскелета такой способ отсчета углов является адекватным реальному способу работы установленных в шарнирах электрических двигателей с редукторами, которые изменяют углы между звеньями. Конструкция звена экзоскелета переменной длины представляет собой два абсолютно твердых весомых участка, расположенных на обоих концах звена, и один невесомый участок между ними в центре звена. В невесомом участке расположен привод, создающий управляющую продольную силу, реализующую увеличение или уменьшение длины звена требуемым образом и обеспечивающую необходимое поддержание длины звена при движении человека в экзоскелете. Звенья соединяются между собой при помощи сферических шарниров. В каждом шарнире установлены приводы, создающие управляющие моменты, которые обеспечивают относительное вращательное движение звеньев. Совместно управляющие продольные силы и моменты реализуют поддержание позы или перемещение звена требуемым образом и, применительно к экзоскелету, повторение основных биомеханических свойств опорно-двигательного аппарата человека. Получена модель в виде системы дифференциальных уравнений Лагранжа второго рода. Проведено исследование полученной математической модели на существование и единственность решения задачи Коши. Синтезирована кинематическая траектория движения звена, моделирующая антропоморфное движение опорной ноги во время одноопорной фазы движения, и определены управляющие воздействия, необходимые для ее реализации. Значимость заключается в возможности создавать учитывающие биомеханические особенности опорно-двигательного аппарата активные экзоскелеты и протезы.

Ключевые слова

экзоскелет, шарнир, звено переменной длины, опорно-двигательный аппарат человека, угол между звеньями, локальная система координат, управляющие силы и моменты

Автор статьи:

Блинов А. О.

Ученая степень:

магистр, ассистент кафедры технологических машин и оборудования, филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет "МЭИ"» в г. Смоленске

Местоположение:

г. Смоленск, Россия

Автор статьи:

Борисов А. В.

Ученая степень:

докт. физ.-мат. наук, доцент, профессор, кафедра высшей математики, филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет "МЭИ"» в г. Смоленске

Местоположение:

г. Смоленск, Россия

Автор статьи:

Кончина Л. В.

Ученая степень:

канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра технологических машин и оборудования, филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет "МЭИ"» в г. Смоленске

Местоположение:

г. Смоленск, Россия

Автор статьи:

Куликова М. Г.

Ученая степень:

канд. техн. наук, доцент, кафедра технологических машин и оборудования, филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет "МЭИ"» в г. Смоленске

Местоположение:

г. Смоленск, Россия

Автор статьи:

Маслова К. С.

Ученая степень:

студентка, кафедра технологических машин и оборудования, филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет "МЭИ"» в г. Смоленске

Местоположение:

г. Смоленск, Россия