<<
>>

4.1 Объяснение задачи

Экзоскелет представляет собой двуногий механизм, приводимый в движение линейными актюаторами (рисунок 4.1).

а) б)

Рисунок 4.1 - Структурная схема экзоскелета (а) и общий вид экзоскелета для реабилитации (б)

1 - бедро; 2 - голень; 3 - ступня; 4 - корпус; 5 - поверхность, по которой происходит движение

Экзоскелет, состоящий из четырех звеньев 1-4, установлен на опорной поверхности 5.

Звенья последовательно соединены электроприводами и шарнирами. Будем называть эти звенья корпусом, бедром, голенью и стопой.

Контакт с поверхностью, по которой происходит перемещение, осуществляется через контактные поверхности стоп. Всего на устройстве установлено шесть линейных приводов, два из них шарнирно закреплены на корпусе, на каждом из бедер и голеней установлены еще четыре привода. Шток привода шарнирно соединен с одним из звеньев ноги экзоскелета. Пациент закреплен в экзоскелете с помощью специальных манжет, исключающих движение пациента относительно экзоскелета.

Рисунок 4.2 - Общий вид пациента с экзоскелетом

Данные актюаторы являются мотор-редукторами с электродвигателем постоянного тока и шарико-винтовой передачей. Прототип устройства снабжен сенсорной системой, включающей в себя энкодеры для определения относительных углов поворота звеньев, каждая ступня дополнительно снабжена двумя датчиками давления, определяющими нормальные реакции в точках контакта ступни с опорной поверхностью [31, 46, 95, 106, 107].

Для описания движения экзоскелета и пациента в режиме «сел-встал» используем расчетную схему, представленную на рисунке 4.3. Движение системы происходит в вертикальной сагиттальной плоскости Oxy.Масса пациента приведена к звеньям экзоскелета. Оси вращения суставов пациента и шарниров совпадают. Моменты, создаваемые мышцами пациента, определяются в соответствии с моделью Хилла. Длина li, масса miи моменты инерции Jiкаждого звена задаются геометрическими размерами пациента.

Рисунок 4.3 - Расчетная схема экзоскелета в процессе вертикализации

Движение каждого звена экзоскелета описывается тремя обобщенными координатами: xCi, yCi, φi, где xci, yci- координаты центра масс звена, φj. - угол наклона i-го звена к положительному направлению горизонтальной оси. Звенья 1 - 4 соединены между собой в точках O2, O3, O4. В шарнирах O2, O3, O4действуют

моментыравные сумме моментов, генерируемых

электроприводамии мышцами человека

где-постоянные электродвигателей, мышц человека,

токи в контурах электродвигателей, относительные углы поворота,

относительные угловые скорости, n-показатель степени полинома.

Предполагается, что если нижние конечности травмированы, то

Центры масс звеньев расположены в точках Ci.

Звено 1 находится на шероховатой поверхности. Положение точки C1определим координатами x, y. Контакт с поверхностью происходит в точках O1и O2. В результате взаимодействия возникают силы N1, N2, Ffr1, приложенные в точках O1и O2, как показано на рисунке 4.3. На систему также действуют силы тяжести mig. Положение экзоскелета определяют три обобщенные координаты.

Для радиусов-векторов, определяющих положение центров масс звеньев, имеем следующие выражения:

110

Положение центра масс системы найдем по формуле:

Дифференциальные уравнения, описывающие движение экзоскелета под действием управляющих моментов, представлены в векторной форме: где A(φ) - матрица, определяющая массо-инерционные свойства системы

- вектор центробежных и Кориолисовых сил;- вектор потенциальных сил;

) - вектор диссипативных сил, полученных дифференцированием

диссипативной функции Релея;- вектор обобщенных сил [95].

В скалярной форме дифференциальные уравнения движения имеют вид:

111

Для определения реакций в точках контакта ступни N1, N2, F 1 используем формулы:

112

Системы дифференциальных уравнений (4.7), (4.8) позволяет определить значения управляющих моментов в зависимости от вида задающих функций φ,∙(t),а также временные зависимости реакций, со стороны шероховатой опорной поверхности [95].

В общем случае в подъеме пациента могут принимать участие как электроприводы, так и мышцы. Поэтому система управления должна обеспечивать контроль за моментами электроприводов, скоростью и ускорением звеньев при подъеме пациента и обеспечивать гарантированное устойчивое положение.

<< | >>
Источник: Аль-Бареда Али Яхья Сенан. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ В БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ РЕАБИЛИТАЦИОННОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МОСКВА - 2018. 2018

Скачать оригинал источника

Еще по теме 4.1 Объяснение задачи:

  1. 2.2. Технология использования комплекса коммуникативно- профессиональных задач для овладения приемами техники деловой беседы
  2. 3.1. Методы решения образовательных, развивающих и воспитательных задач
  3. Глава 1.   ОБЪЕКТ, ПРЕДМЕТИЗАДАЧИ СОЦИОЛОГИИКАКНАУКИ
  4.   ЗАДАЧИ ПОЗИТИВИЗМА И ИХ РЕШЕНИЕ 1868  
  5. Задачи позитивизма и их решение  
  6.   4.9. Объяснение, понимание, интерпретация в социально-гуманитарных науках  
  7. ЧАСТЬ IV В чем наша задача?
  8. ЗАДАЧИ
  9. Задачи
  10. Объяснение и понимание
  11. 12.2 Аналитические модели объяснения
  12. 7. Понимание и объяснение
  13. § 6. ПОНИМАНИЕ И ОБЪЯСНЕНИЕ
  14. Учебные задачи по психологии в системе формирования психологического мышления студентов психологов
  15. 42. проблемная ситуация и задача этапы решения задач способы решения задач.
  16. Исходные предположения и специальные задачи множественного регрессионного анализа
  17. ЭКОНОМИКА ПЕРСОНАЛА: МИССИЯ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ