Князев Андрей Александрович, магистрант, кафедра «Мехатроника и робототехника»
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Andrei A. Knyazev, Master Student, Mechatronics and Robotics DepartmentKursk
Федоров Андрей Владимирович, аспирант, кафедра «Мехатроника и робототехника»
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Andrei V. Fedorov, Post-Graduate Student, Mechatronics and Robotics Department
Kursk
Яцун Андрей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Мехатроника и робототехника»
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Andrey S. Yatsun, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Mechatronics and Robotics Department
Kursk
Цель исследования. Статья посвящена разработке алгоритма управления движением управляемой мобильной платформы аппарата пассивной механотерапии голеностопного сустава. Одной из наиболее распространенных травм, получаемых человеком, является повреждение голеностопного сустава при выполнении спортивных, бытовых, производственных упражнений, а также в результате автомобильных аварий. Падение с высоты с приземлением на ноги, в том числе при выполнении прыжков с парашютом, также часто приводит к травмированию голеностопного сустава. Для увеличения эффективности реабилитации, как правило, применяется механотерапия. Актуальность темы связана с высокой эффективностью роботизированных устройств реабилитации, которые, благодаря обратным связям и управляемым электроприводам могут выполнять движения нижних конечностей оптимальным способом.
Методы. Разработана структурная схема системы управления прибором. В предложенном алгоритме для вычисления управляющих напряжений применяется стратегия распараллеливания управляющих воздействий с применением корректирующихи эталонных управлений. Наличие системы силомоментного очувствления позволяет оценить изменение величины реакции во времени и своевременно зафиксировать момент возникновения спастических эффектов, контрактуры мышц и автоматически произвести изменение законов движения стопы с целью исключения травматизации пациента и устранения болевого синдрома.
Результаты. Предложена методика построения желаемой зависимости углов поворота стопы от времени в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Разработаны алгоритм работы блока задания законов движения и принятия решений, алгоритм формирования управляющих напряжений по эталонной модели, алгоритм работы блока корректировки напряжений, а также алгоритм работы блока корректировки эталонной модели. В результате проведенных виртуальных тестов на математической модели прибора были получены основные закономерности движения исполнительного механизма в виде зависимостей угла поворота платформы от времени.
Заключение. Результаты тестирования устройства показывают, что управление движением исполнительного механизма прибора для активно-пассивной механотерапии голеностопного сустава при помощи описанных в работе алгоритмов целесообразно.
Purpose of research. The article is devoted to the development of an algorithm for controlling the movement of a controlled mobile platform of a passive mechanotherapy ankle joint apparatus. One of the most common injuries sustained by humans is damage to the ankle joint in sports, domestic, industrial exercises, and as a result of car accidents. Falls from heights with a landing on the feet, including parachute jumps, also often result in ankle injuries. In order to increase the effectiveness of rehabilitation, mechanotherapy is usually used. The relevance of the topic is related to the high efficiency of robotic rehabilitation devices, which, thanks to back-linking and electrically controlled actuators, can perform lower limb movements in an optimal way.
Methods. The structural diagram of the device control system has been developed. The proposed algorithm uses the strategy of paralleling control actions with the use of corrective and reference controls to calculate control voltages. Presence of force-moment feeling system enables to estimate change of reaction value in time and timely fix the moment of spastic effects appearance, muscle contracture and automatically make changes in foot movement laws in order to exclude patient's traumatisation and pain syndrome elimination.
Results. A methodology for constructing the desired dependence of foot rotation angles on time in the sagittal and frontal planes is proposed. We have developed an operating algorithm for the laws of motion and decision-making block, an algorithm for generating control voltages from the reference model, an operating algorithm for the voltage correction block, and an operating algorithm for the reference model correction block. As a result of virtual tests on the mathematical model of the device, we obtained the basic patterns of motion of the actuator in the form of dependences of the rotation angle of the platform from the time.
Conclusion. The results of testing the device show that controlling the movement of the actuator for active-passive mechanotherapy of the ankle joint using the algorithms described in the article is reasonable.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.