По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.865

Адаптивное управление электроприводами экзоскелета

До Тхань Занг Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им. В.И. Ульянова (Ленина), г. Санкт-Петербург, E-mail: tkhan@mail.ru

Приведено описание области применения экзоскелетов, результатов исследований их движений. Представлен аналитический обзор основных подходов к построению математических моделей динамики, а также отмечены ограниченность имеющихся результатов и актуальные задачи исследования динамики движения экзоскелетов как мехатронных многозвенных систем. Отмечено, что современный экзоскелет является многозвенной мехатронной системой с тремя основными составляющими: электромеханической, электронной и компьютерной, которые связаны энергетическими и информационными потоками. Эффективность существующих моделей динамики движения экзоскелетов ограничена электромеханическим подходом, который не учитывает ряд факторов, таких как динамическое взаимовлияние движений по степеням подвижности, взаимодействие электромагнитных и механических процессов, дискретность реализации управления.

Литература:

1. Ломакин Д.В. Локализация дефектов в сложных системах на основе информационного критерия [Текст] / Д.В. Ломакин, А.А. Иванова, А.М. Ворон // Материалы Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии (ИСТ-2011)», 18 апреля 2011 г. – Н. Новгород: НГТУ, 2011. – С.315.

2. Ломакин Д.В. Диагностирование сложных систем с учетом ошибок контрольно-измерительной аппаратуры [Текст] / Д.В. Ломакин, А.М. Ворон // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. – Н. Новгород: НГТУ, 2012. – №96(3). – С. 76–80.

3. Ломакина Л.С. Диагностирование сложных систем на основе концепции скрытого параметра [Текст] / Л.С. Ломакина, А.М. Ворон // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – №3(1). – С. 50–54.

4. Ломакин Д.В. Статистическое моделирование в задачах диагностирования сложных систем [Текст] / Д.В. Ломакин, А.М. Ворон // Материалы X Международной научно-технической конференции «Будущее технической науки», 23 мая 2011 г. – Н. Новгород: НГТУ, 2011. – С. 440–441.

В последние годы в медицине интенсивно развиваются направления, связанные с применением робототехнических систем, в том числе роботов для восстановления утраченных двигательных функций человека, выполнения сервисных операций и других задач. Основные направления развития робототехнических систем в медицине (РТС) [2] представлены на рис. 1.

Можно разделить медицинские робототехнические системы на три крупные категории, примеры из которых представлены на рис. 2-4:

1. Сервисные: роботы-поводыри для слепых и слабовидящих людей (рис. 2).

2. Клинические: к этой категории относятся диагностические мехтранные системы, хирургические и терапевтические роботы.

3. Реабилитационные: протезы, манипуляторы, экзоскелеты и другие. Медицинские реабилитационные роботы предназначены для решения двух задач: восстановления утраченных двигательных функций конечностей и жизнеобеспечения инвалидов, прикованных к постели (с нарушениями зрения, опорно-двигательного аппарата и другими тяжкими заболеваниями).

Появляются все новые и новые области применения для технических систем в медицине, которые стимулируют развитие робототехнических объектов, в частности, активных экзоскелетов. Наиболее сложные на сегодняшний день экзоскелеты применяются для восстановления двигательных функций человека. Задача формирования движения такого экзоскелета для эффективного использования его в реабилитации является далеко нетривиальной.

Человеческие движения управляются центральной нервной системой, которая направляет деятельности органов движения на выполнение задачи, реализуемой с помощью последовательных мышечных сокращений. Движения выполняются в виде изменения положения сустава (или суставов) под влиянием сокращения скелетных мышц. Роль мышц в экзоскелете выполняют электрические приводы звеньев.

Для уточнения задачи рассмотрим процесс управления двигательными действиями на стадии формирования новых навыков, представленный на рис. 5. Он был построен в 1930-1940 гг. Н.А. Бернштейном, а академик П.К. Анохин развил теоретические положения о функциональной системе, которая объясняет основные принципы данного процесса [3].

Для Цитирования:
До Тхань Занг, Адаптивное управление электроприводами экзоскелета. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2017;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: