УДК 621.865.8

УПРАВЛЕНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ ХОДЬБОЙ ЭКЗОСКЕЛЕТА НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

Л.Ю. Ворочаева, А.С. Яцун, С.Ф. Яцун

Аннотация


В статье рассматриваются экспертная система и алгоритм управления квазистатической ходьбой экзоскелета, гарантирующие устойчивость устройства в вертикальном положении; на их основе проводится математическое моделирование движения объекта. В работе предложена расчетная схема устройства в виде одиннадцатизвенного механизма, звенья которого соединены между собой однокоординатными цилиндрическими шарнирами, описано движение экзоскелета в сагиттальной и фронтальной плоскостях, определено положение центра масс, координаты которого изменяются в зависимости от положения ног и корпуса. Разработаны логические правила, образующие экспертную систему и обеспечивающие устойчивую походку экзоскелета за счет расположения его центра масс внутри опорной площадки. Получены результаты численного моделирования шага системы на специально разработанном виртуальном симуляторе.

Ключевые слова


экзоскелет нижних конечностей; экспертная система; пространственный многозвенный механизм; центр масс; система управления; устойчивость; опорная площадка; область вертикального равновесия

Полный текст:

PDF

Литература


  1. Алексеева Л.А., Голубев Ю.Ф. Модель динамики шагающего аппарата //Изв. АН СССР, Техническая кибернетика. 1975. № 3.С. 72—80.
  2. Белецкий В.В. Динамика двуногой ходьбы. // Изв. АН СССР. МТТ. 1975. № 3.С. 3—14; № 4.С. 3—13.
  3. Васенин В.А., Велерштейн Р.А., Формальский А.М. Передвижение антропоморфных механизмов при импульсных воздействиях.// Динамика управляемых систем. Новосибирск: Наука, 1979.С. 53—71.
  4. Александров А.М., Зацепин М.Ф., Тубеев Ш.X. Управление корпусом двуногого шагающего аппарата в фазе опоры на одну ногу. // В кн.: Труды Московского энергетического института, вып. 331. М.: МЭИ, 1977.С. 93—96.
  5. Raibert M.H., 1986. Legged robots that balance. MIT press.
  6. Vukobratovic M., Juricic D. Contribution to the synthesis of biped gait. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1.1969. pp. 1-6.
  7. Лавровский Э.К., Письменная Е.В. О регулярной ходьбе экзоскелетона нижних конечностей при дефиците управляющих воздействий // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. №. 2. С. 208-225.
  8. Павловский В.Е., Шелике А.Г. Нейросетевые системы локализации для андроидного робота // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2012. № 84. 16 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2012-84. (дата обращения: 26.10.2013).
  9. Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Формирование упрощенной траектории движения двуногого шагающего робота //Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. №. 3.
  10. Алексеев Р.А. Разработка алгоритма ходьбы двуногого робота //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2006. №. 28.
  11. Beranek R., Ahmadi M.A. Learning behavior based controller formaintaining balance in robotic locomotion // Intell. Robot. Syst. 2016 no.82. pp. 189-205.
  12. Khusainov R., Afanasyev I., Magid E. Anthropomorphic robot modelling with virtual height inverted pendulum approach in Simulink: step length and robot height influence on walking stability // Int. Conf. on Artificial ALife and Robotics. 2016.
  13. Costa e Silva E., Costa M. F., Erlhagen W., Bicho E. Global vs. local nonlinear optimization techniques for human-like movement of an anthropomorphic robot //AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1648. No. №. 1. P. 140004.
  14. Khusainov R., Shimchik I., Afanasyev I., Magid E. Toward a human-like locomotion: modelling dynamically stable locomotion of an anthropomorphic robot in simulink environment // IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. 2015. Vol. 2. P. 141-148.
  15. Sugihara T., Nakamura Y., Inoue H. Real-time humanoid motion generation through ZMP manipulation based on inverted pendulum control // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2002. pp.1404-1409.
  16. Jatsun S. F., Vorochaeva L. Yu., Yatsun A.S., Savin S.I. The modeling of the standing-up process of the anthropomorphic mechanism. // Assistive robotics: proceedings of the 18th International Conference on CLAWAR 2015. 2015. pp. 175-182.
  17. Jatsun S.F., Savin S.I., Yatsun A.S. Parameter Optimization for Exoskeleton Control System Using Sobol Sequences. // ROMANSY 21 - Robot Design, Dynamics and Control, Proceedings of the 21st CISM-IFToMM Symposium. Udine, Italy.2016. pp. 361-368.
  18. Jatsun, S., Savin, S., Yatsun, A. and Gaponov, I. Study on a Two-Staged Control of a Lower-Limb Exoskeleton Performing Standing-Up Motion from a Chair. // Robot Intelligence Technology and Applications. 2016. no. 4. pp. 113-122.
  19. Jatsun S., Savin S., Bezmen P. Modelling of exoskeleton movement in verticalization process // International Conference on Pure Mathematics - Applied Mathematics (PM-AM 2015), Vienna, Austria. 2015. pp. 83-87.
  20. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Мальчиков А.В., Тарасов О.С., Климов Г.В. Экзоскелеты: управление движением экзоскелета нижних конечностей при ходьбе // Юго-Зап. гос. ун-т: монография. Курск. 2016. 185 с.


Людмила Юрьевна Ворочаева - к-т техн. наук, старший преподаватель кафедры механики, мехатроники и робототехники, ФГБОУ ВО Юго-Западный государственный университет (ЮЗГУ).
Область научных интересов: мехатроника, робототехника, математическое моделирование, системы управления, механика.
Число научных публикаций: 50.

Адрес (E-mail): mila180888@yandex.ru
Почтовый адрес: ул. 50 лет Октября, 94, к. 218, Курск, 305040
Телефон: +7(4712)222626
Факс: +7(4712)222626


Андрей Сергеевич Яцун - к-т техн. наук, старший преподаватель кафедры механики, мехатроники и робототехники, ФГБОУ ВО Юго-Западный государственный университет (ЮЗГУ).
Область научных интересов: мехатроника, робототехника, программное обеспечение, схемотехника, электронные компоненты.
Число научных публикаций: 78.

Адрес (E-mail): ayatsun@yandex.ru
Почтовый адрес: ул. 50 лет Октября, 94, к. 218, Курск, 305040
Телефон: +7(4712)222626
Факс: +7(4712)222626


Сергей Федорович Яцун - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой механики, мехатроники и робототехники, ФГБОУ ВО Юго-Западный государственный университет (ЮЗГУ).
Область научных интересов: мехатроника, робототехника, моделирование мобильных роботов, моделирование и расчет многозвенных систем.
Число научных публикаций: 508.

Адрес (E-mail): teormeh@inbox.ru
Почтовый адрес: ул. 50 лет Октября, 94, к. 218, Курск, 305040
Телефон: +7(4712)222626
Факс: +7(4712)222626




DOI: http://dx.doi.org/10.15622/sp.52.4