Яцун Сергей Федорович, доктор технических наук, профессор
Sergei F. Yatsun, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Kursk
Аль Манджи Халиль Хамед Мохаммед, аспирант
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Al Manji Khalil Hamed Mohammed Hamood, Post-Graduate Student, Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Kursk
Постольный Алексей Александрович, аспирант
ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040
Alexey A. Postolny, Post-Graduate Student, Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
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
Цель исследования. В статье приведено описание реабилитационного робототехнического комплекса EXOLITE-REHAB, позволяющего осуществлять реабилитационные упражнения нижних конечностей пациентов путем выполнения подъема ноги, вертикализации, приседаний и прочих видов движения. Во многих странах ведутся работы по созданию устройств, позволяющих человеку передвигаться в пространстве при повреждении опорно-двигательного аппарата. Поэтому целью данной статьи является изучение и задание основных закономерностей и алгоритмов на основе математических моделей, описывающих управляемое движение экзоскелета нижних конечностей на примере моделирования движения голеностопного шарнира экзоскелета.
Методы. Ключевой особенностью комплекса является применение копирующей системы управления, которая позволяет обеспечить заданное движение голеностопного сустава человека с высокой степенью точности в широком диапазоне изменения параметров. Применяются методы математического моделирования движения голеностопного сустава с учетом последующего возможного их применения на моделировании движения звеньев экзоскелета.
Результаты. Для моделирования работы робототехнического комплекса применяется кинематическое задание траектории движения голеностопного шарнира. 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.
Заключение. В статье рассмотрен метод применения копирующей системы управления, обладающей достаточной степенью точности копирования траектории. Результаты моделирования копирующей системы управления реабилитационного экзоскелета EXOLITE-REHAB, работающей по разработанному алгоритму, показывают, что она в достаточной степени точности способна повторять требуемую траекторию. В будущем планируется более углубленно исследовать систему на трёхмерной модели с электроприводами.
Purpose of reseach. The paper describes the EXOLITE-REHAB rehabilitation robotic complex which makes it possible to do rehabilitation exercises of lower limbs of patients by performing leg lifting, verticalization, squats and other types of movement. In many countries, research work is underway to create devices that allow a person to move in space when the musculo-skeletal system is damaged. Therefore, the purpose of this article is to study and set the basic regularities and algorithms based on mathematical models describing the controlled movement of the lower limbs exoskeleton by the example of modeling the movement of the exoskeleton's ankle joint.
Methods. The key feature of the complex is the use of a follower-up control system that allows us to provide a prescribed movement of the human ankle joint with a high degree of accuracy in a wide range of parameters’ changes. Methods of mathematical modeling of the ankle joint movement are applied, taking into account their subsequent possible use in modeling the movement of exoskeleton links.
Results. A kinematic setting of the ankle joint movement trajectory is used in order to simulate the operation of a robotic system. In order to find the vector of generalized coordinates, the inverse kinematics problem is solved using the vector-matrix method with the application of Jacobian matrix. The results of numerical simulation show high convergence and adequacy of the proposed method.
Conclusion. The article considers the method of using a follower-up control system that has a sufficient degree of accuracy of copying the trajectory. The results of modeling the follower-up control system of the EXOLITE-REHAB rehabilitation exoskeleton, working according to the developed algorithm, show that it is able to repeat the required trajectory with sufficient accuracy. In the future, we plan to study the system more deeply on a three-dimensional model with electric drives.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.