Разработка модели человеко-машинной управляемой системы в виде человека в экзоскелете

Предложены 2D и 3D модели звеньев с управляемыми изменениями их длин. Движения механизмов, составленных из таких звеньев, близки к движениям опорно-двигательного аппарата человека. Звено переменной длины имеет следующую конструкцию. Два инерционных участка постоянной длины расположены на концах звена. Между ними, в окрестности центра звена, находится невесомый участок переменной длины, на котором располагается привод, обеспечивающий управляемое изменение длины звена при движении человека в экзоскелете. В каждом шарнире установлены приводы, обеспечивающие необходимые повороты при относительном вращательном движении звеньев. Отличие предложенных моделей от ранее изученных заключается в использовании углов между звеньями, что соответствует реальной работе электрических приводов. За время работы над проектом проведено моделирование движений антропоморфных механических систем в виде экзоскелета и человека в экзоскелете в плоском и пространственном случаях. В первый год работы над Проектом разработаны модели экзоскелетов для опорно-двигательного аппарата человека, имеющие звенья переменной длины и рекуператоры энергии двух видов: пружины кручения, установленные в шарнирах и пружины сжатия, расположенные на участках, изменяющих длину звена. Предложены новые алгоритмы управления движением механической системы, определены моменты в шарнирах и действующие вдоль стержней силы, обеспечивающие изменение длин звеньев. Разработана модель человеко-машинной системы в виде пространственного механизма с управляемыми изменениями длин звеньев, проведено численное исследование динамики звеньев, моделирование движений пространственных механизмов с управляемыми звеньями переменной длины, включая построение анимации движений. Начатые в первый год работы по созданию электромеханической модели одного активного звена с составлением системы дифференциальных уравнений движения Лагранжа-Максвелла, подбором электрических приводов, редукторов и винтовой передачи для реализации управляемого движения одного звена переменной длины были продолжены во второй год работы над Проектом. Разработана управляемая электромеханическая модель двух звеньев переменной длины человеко-машинной биомеханической системы в виде экзоскелета или протеза с высокой степенью готовности к практической реализации: составлена система дифференциальных уравнений механического движения с использованием уравнений Лагранжа второго рода. Проведен подсчет затрат энергии за время одноопорной фазы движения для одного шага. В процессе работы над Проектом подготовлены и зарегистрированы две программы для ЭВМ и подана заявка на патент. Результатом исследования являются разработанные модели пассивного и активного экзоскелетов со звеньями переменной длины.