Математические модели и алгоритмы управления движением экзоскелетов

Предметом исследований по проекту будет разработка математических моделей экзоскелетов мягкого и жесткого типов, создание и исследование новых типов движителей для них и алгоритмов управления, основанных на обучении нейронных сетей, что позволит компенсировать эффекты, вызванные приводами и динамикой человека.Одним из направлений исследований в рамках проекта являются исследования в области эргономики и биомеханики человека, к ним, в частности, относятся: определение факторов риска при работе с тяжелыми предметами, исследование краткосрочных и долгосрочных эффектов при выполнении монотонно повторяющихся задач, определение численных показателей комфорта и производительности пользователя. Данное направление в первую очередь определяется созданием качественных численных моделей костно-мышечного аппарата человека, развитием сенсорного обеспечение экзоскелетов, созданием баз данных функциональных параметров мышечной и нервной активности человека при выполнении шаблонных движений. К задачам проекта относятся: разработка быстро реконфигурируемых приводных систем с рекуперацией энергии, позволяющих обеспечить передачу крутящего момента без использования жестких внешних конструкций. Определение оптимальной архитектуры сенсорной системы (гироскопы, акселерометры, датчики давления, IMU) и интеграция её с конструкцией экзоскелета для определения ключевых циклов в движении пользователя и восстановления кинематики и динамики. Разработка надежной системы управления при условии наличия большого количества неопределенностей, обусловленных сложной динамикой системы «человек-экзоскелет», а также позволяющей работать в жестком реальном времени. Синтез алгоритмов управления для таких задач относится к области создания интеллектуальных систем и представляет собой актуальную и еще далеко не решенную задачу. Исследования будут направлены на разработку экзоскелетов средней и верхней частей тела для работы с тяжелым инструментом, выполнения длительных работ в статичных позах и пр.Технологии экзоскелетов являются одним из возможных решений проблем, связанных с повышением производительности труда за счет снижения утомляемости трудящегося и повышения общей безопасности рабочего места, сокращая влияние вредных факторов статического и динамического напряжения. Также данные технологии позволяют увеличить численность трудоспособного населения, за счет привлечения людей с ограниченными возможностями, с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, людей пожилого возраста.