ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
В научно-исследовательской работе предполагается построить новые законы управления различными видами мехатронных систем (робот-шар, робот-ящерица, полноприводная платформа с силовым очувствлением, экзоскелет с активным управлением по двум степеням подвижности). Разработать способы оценки затрат энергии человеком, переносящим груз с использованием экзоскелета и без его использования. Построить математическую и компьютерную модели процессов поддержания человеком равновесия на подвижной опоре типа пресс-папье, а также провести компьютерное моделирование этих процессов. Предполагается найти области достижимости некоторых видов регулируемых систем с ограниченными ресурсами управления.
In the research work, as expected the new control laws for various kinds of mechatronic systems will be built. The ways will be developed to evaluate the energy consumption of a person transporting a load using the exoskeleton, and without it. It is supposed to develop the new design of passive exoskeleton. It is supposed to build the mathematical and computer models of balancing of a person on a movable support (seesaw), as well as to carry out computer simulations of these processes of balancing. We intend to find the domains of attainability of some kinds of regulated systems with limited resources of control.
Новые мехатронные системы и законы управления ими. Оценка затрат энергии человеком, переносящим груз с использованием экзоскелетона и без его использования. Математическая и компьютерная модели процессов поддержания человеком равновесия на подвижной опоре и сравнение результатов компьютерного моделирования с результатами экспериментов. Синтез законов управления моделью человека, раскачивающегося на качелях.
Начиная с 1970-х годов, в лаборатории общей механики был разработан ряд действующих макетов робототехнических устройств: шестиногий шагающий аппарат, два двуногих динамических шагающих аппарата, двухколесные и одноколесный роботы-велосипеды с гироскопической системой стабилизации, маятник с маховичной системой глобальной стабилизации его в верхнем (неустойчивом) положении равновесия. В лаборатории выполнен также ряд теоретических исследований, посвящённых вопросам управления неустойчивыми механическими объектами.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами |
Результаты этапа: Разработаны новые законы управления некоторыми мехатронными системами, в том числе, так называемым роботом-шаром. Разработана новая конструкция пассивного экзоскелетона. Применив теорию баллистических движений, удалось показать, что при использовании экзоскелетона человек затрачивает меньше энергии при переноске груза, нежели без его использования. Проведены исследования, направленные на восстановление возможности передвижения на ногах человека, у которого нарушены функции опорно-двигательного аппарата. На такого больного, например, инвалида-колясочника, можно надеть экзоскелетон, в суставах которого смонтированы электроприводы. Путем решения обратной задачи динамики найдены моменты, которые должны развивать такие приводы для того, чтобы организовать ходьбу больного. Разработана динамическая модель движения в сагиттальной плоскости для экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором, с учетом его опоры на жесткие невесомые костыли. В модели учитена также динамика электроприводов. Аналитически построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий движение тазобедренного и коленного шарниров в соответствии с желаемым режимом. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете, исследована точность управления. Разработана математическая модель человека, балансирующего на качелях типа пресс-папье. Модель представляет собой однозвенный маятник, шарнирно прикрепленный к качелям. Управлением является ограниченный по абсолютной величине момент, приложенный в "голеностопном" суставе. Построен закон управления, при котором область притяжения неустойчивого состояния равновесия маятника (человека) является максимально возможной. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами |
Результаты этапа: Разработана новая конструкция мобильного робота - "робота-шара" и послана заявка на изобретение в Федеральную службу по интеллектуальной собственности (Роспатент). Исследовано поведение области достижимости автономной управляемой системы третьего порядка с изменением времени. Показано, что структура границы области зависит от разности между действительным собственным значением и действительной частью комплексно-сопряженных. C ростом времени граница области достижимости, будучи негладкой, в одних случаях «постепенно разглаживается», в других – остается такой же «негладкой». Опубликована статья в журнале "Прикладная математика и механика". На основе баллистических движений двуногого механизма со стопами получены оценки затрат энергии при переноске тяжелого груза человеком без экзоскелета и облаченным в экзоскелет. Показано, что затраты энергии человеком, облаченным в экзоскелет, меньше, нежели человеком без экзоскелета. Опубликована статья на английском языке в журнале с высоким импакт-фактором. Построена динамическая модель движения в сагиттальной плоскости экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором. Модель учитывает динамику электроприводов, помогающих процессу ходьбы. В случае одноопорной ходьбы построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий желаемое движение тазобедренного и коленного суставов. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете. Предполагается разработать новую конструкцию мобильного робота - «робота-шара». Предполагается проанализировать изменение с ростом времени структуры областей достижимости управляемых систем третьего порядка. Путем построения на основе баллистических движений ходьбы двуногого механизма со стопами предполагается показать теоретически, что при использовании экзоскелетона сокращается количество энергии, затрачиваемой человеком на переноску грузов. Предполагается разработать новые алгоритмы управления экзоскелетоном нижних конечностей с электроприводами. | ||
3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами |
Результаты этапа: В 2018-м году построена математическая модель продольного движения сферического "робота-шара" (Формальский А.М., Селюцкий Ю.Д.). При помощи этой модели найдено управление "троганием" робота с места, при использовании которого удается избежать возбуждения нежелательных колебаний шара на старте и в установившемся режиме. В 2017-2018 гг. разработан новый мобильный робот-тележка и послана заявка на изобретение в Федеральную службу по интеллектуальной собственности (Роспатент) (Симоненко М.М., Сыроватский Д.А., ФормальскийА.М., Утешев А.В.). Получено положительное решение на посланную в 2017 г. в Роспатент заявку на новую конструкцию "робота-шара". В 2018 г. изучена структура областей достижимости при ограниченном по импульсу управляющем воздействии (Бугров Д.И., Формальский А.М.). В трехмерном пространстве построены области достижимости для некоторых конкретных систем. Граница этих областей содержит угловые точки, ребра и плоские участки, т.е. не является гладкой. В 2016-17 гг. исследовано поведение области достижимости автономной управляемой системы третьего порядка с изменением времени (Бугров Д.И., Формальский А.М.). Показано, что структура границы области зависит от разности между действительным собственным значением и действительной частью комплексно-сопряженных. C ростом времени граница области достижимости, будучи негладкой, в одних случаях «постепенно разглаживается», в других – остается такой же «негладкой». Опубликована статья в журнале "Прикладная математика и механика". В 2016-18 гг. показано теоретически, что человек, облаченный в экзоскелетон, затрачивает меньше энергии при переноске грузов, нежели человек, не использующий экзоскелетон. Исследования построены на основе теории баллистических движений антропоморфного механизма со стопами (Aoustin Y., Формальский А.М.). В 2016 г. разработана новая конструкция пассивного экзоскелетона. В 2016-17 гг. построена динамическая модель движения в сагиттальной плоскости экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором. Модель учитывает динамику электроприводов, помогающих процессу ходьбы. В случае одноопорной ходьбы построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий желаемое движение тазобедренного и коленного суставов. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете (Лавровский Э.К., Письменная Е.В.). |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".