Яцун Сергей Федорович, доктор технических наук, профессор
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Sergei F. Yatsun, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Локтионова Оксана Геннадиевна, доктор технических наук, профессор, проректор
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Oksana G. Loktionova, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Vice-rector
Kursk
Аль Манджи Халиль Хамед Мохаммед, аспирант
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Al Manji Khalil Hamed Mohammed Hamood, Post-Graduate Student
Kursk
Яцун Андрей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Andrey S. Yatsun, Cand. of Sci. (Engineering), Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Kursk
Карлов Андрей Евгеньевич, аспирант
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Andrey E. Karlov, Post-Graduate Student, Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Kursk
Цель исследования. Появление экзоскелетов – роботов открывает новые возможности в реабилитации пациентов, имеющих повреждение нижних конечностей. Несмотря на рост публикаций по этой тематике, многие вопросы, связанные с разработкой инструментальных средств проектирования на основе моделирования движения человека в экзоскелете с использованием теоретических основ устойчивого движения в вертикальном положении, изучены недостаточно. Поэтому целью данной статьи является разработка методов повышения эффективности системы управления экзоскелетом нижних конечностей при двуногой ходьбе.
Методы. Ключевой особенностью статьи является применение методов моделирования задающих законов движения экзоскелета. Применяются методы математического моделирования движения звеньев с учетом последующего возможного их применения на моделировании движения звеньев экзоскелета, составляются уравнения траекторий с применением векторно-матричного метода. Исследуются траектории движения стопы, голени и бедра экзоскелета при устойчивой ходьбе.
Результаты. Для моделирования работы робототехнического комплекса (прототипа экзоскелета нижних конечностей с десятью активными степенями свободы) применяется кинематическое задание траектории движения звеньев. Для нахождения вектора обобщенных координат решается обратная задача кинематики с применением векторно-матричного метода с применением матрицы Якоби. Результаты численного моделирования показывают высокую сходимость и адекватность предложенного метода. Методика позволяет задавать траектории движения оператора в экзоскелете на реальных аппаратах.
Заключение. В статье исследование ходьбы выполнено с позиций моделирования квазистатической походки с помощью кинематических подходов. Разработанный метод определения задающих углов поворота звеньев экзоскелета для различных положений стопы с учетом положения проекций центра масс используется при разработке алгоритмов управления движением человека в экзоскелете.
Purpose of reseach. Robot exoskeletons open up new possibilities in the rehabilitation of patients with lower limb injuries. Despite the growing number of publications on this topic, many issues related to the development of design tools based on the simulation of human movement in an exoskeleton using the theoretical basis of stable movement in the upright position have not been studied well enough. Therefore, the purpose of this paper is to develop methods for improving the efficiency of the lower extremity exoskeleton control system for biped gait.
Methods. The key feature of the paper is the application of modeling techniques determining the laws of the exoskeleton motion. Methods of mathematical modeling of the motion of sections are used, taking into account their subsequent possible use in modeling the motion of exoskeleton sections; trajectory equations are composed using the vector-matrix method. The trajectories of the exoskeleton's foot, lower leg, and hip movement during steady walking are studied.
Results. To simulate the operation of a robotic complex - a prototype of an exoskeleton of the lower extremities with ten active degrees of freedom, kinematic definition the trajectory of the sections is used. To find the vector of generalized coordinates, the inverse kinematics problem is solved applying the vector-matrix method using the Jacobian matrix. The results of numerical simulation show high convergence and eficacy of the proposed method. The proposed method allows defining the trajectory of the operator in the exoskeleton in real devices.
Conclusion. In the paper, the study of walking is performed from the standpoint of modeling a quasi-static gait using kinematic approaches. The developed method for determining the defining angles of rotation of the exoskeleton sections for different foot positions taking into account the position of the mass center projections, is used in the development of algorithms for controlling human motion in the exoskeleton.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.