ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Построение математической модели ходьбы человека на костылях. Результаты работы (траектории движения человека на костылях, развиваемые в суставах моменты) предполагается использовать при конструировании медицинского экзоскелета. Разработать новые алгоритмы управления двуногим шагающим механизмом. Полученные результаты могут быть использованы при разработке экзоскелетонов, как медицинских, рассчитанных на помощь людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата, так и «вспомогательных», рассчитанных на помощь здоровым людям при переноске больших тяжестей. Построение математической модели человека, стоящего на подвижной опоре в виде пресс-папье. Сравнение результатов математического моделирования с экспериментами.
Проведено изучение ходьбы человека с костылями. В качестве математической модели принят плоский механизм, включающий в себя пять весомых звеньев (туловище, две голени, и два бедра), прикрепленные к нему невесомые стопы, и невесомые костыли. Под костылем подразумевается костыль вместе с держащей его рукой. Звенья механизма, а также костыль считаются абсолютно твердыми телами. С помощью системы регистрации движений записаны траектории движения здорового человека и костылей. При помощи этих траекторий получены зависимости изменения углов в суставах человека от времени, а также их первые и вторые производные. С использованием тензоплатформ найдены силы реакции опоры, приложенные к стопам человека, и координаты точки приложения этих сил. Путём решения обратной задачи динамики найдены моменты, развиваемые в суставах человека, и затрачиваемые на создание моментов мощности. Они могут быть использованы при выборе приводов в суставах «медицинского» экзоскелета. Межзвенные углы, полученные в результате эксперимента, могут быть использованы в качестве отслеживаемых программных траекторий для организации движения медицинского экзоскелета, надетого на инвалида, больного параплегией. Возникающие при рассмотрении обратной задачи динамики переопределённые системы уравнений решаются с использованием метода наименьших квадратов. При исследовании регуляции позы человека распространены тесты, связанные с удержанием человеком равновесия на подвижной опоре в виде пресс-папье (на качелях сисо). В работе рассмотрена простейшая «маятниковая» модель человека, стоящего на сисо. Управлением является момент в оси вращения перевернутого маятника – в голеностопном суставе. Управление строится в виде обратной связи по единственной неустойчивой координате разомкнутой системы. Оно максимизирует область притяжения линейной системы, при наличии ограничения на абсолютную величину управляющего момента. Полученные теоретически границы области притяжения для построенного управления сравниваются с амплитудами колебаний человека, стоящего на сисо.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
4 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | 7.3.1. Синтез управления прыжком двуногого аппарата. Построение математической модели движения человека с костылями. |
Результаты этапа: Построен алгоритм управления, позволяющий организовать прыжок вверх двуногого механизма. Стопы механизма считаются безмассовыми, остальные звенья наделены массой. Прыжок состоит из двух фаз – двухопорной, когда обе ноги находятся на опорной поверхности, и безопорной, которую можно назвать фазой полета. Каждая из этих фаз делится, в свою очередь, на несколько «подфаз». Задача решается с использованием математической модели плоского движения антропоморфного механизма. Построена математическая модель ходьбы человека на костылях. При помощи системы визуализации “Vicon” записаны зависимости от времени углов в суставах человека при ходьбе на костылях. При помощи силоизмерительной платформы найдены силы реакции опоры, приложенные к стопам человека. На основе построенной математической модели решена обратная задача динамики, т.е. найдены моменты в суставах ног и в плечевом суставе, развиваемые мышцами человека, а также соответствующие мощности. Полученные результаты (траектории движения человека на костылях, развиваемые в суставах моменты) могут быть использованы при конструировании медицинского экзоскелета. Разработаны новые алгоритмы управления двуногим шагающим механизмом. При помощи этих алгоритмов удается организовать комфортабельную ходьбу механизма. Оценены затраты энергии на организацию ходьбы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке экзоскелетонов, как медицинских, рассчитанных на помощь людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата, так и «вспомогательных», рассчитанных на помощь здоровым людям при переноске больших тяжестей. Вспомогательные экзоскелеты могут быть использованы при аварийно-спасательных работах в случае техногенных катастроф, для помощи военнослужащим при такелажных работах. | ||
5 | 11 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | 7.3.2. Экспериментальное изучение движения человека с костылями. Моделирование поведения человека, стоящего на качелях типа пресс-папье |
Результаты этапа: Проведено изучение ходьбы человека с костылями. В качестве математической модели принят плоский механизм, включающий в себя пять весомых звеньев (туловище, две голени, и два бедра), прикрепленные к нему невесомые стопы, и невесомые костыли. Под костылем подразумевается костыль вместе с держащей его рукой. Звенья механизма, а также костыль считаются абсолютно твердыми телами. С помощью системы регистрации движений записаны траектории движения здорового человека и костылей. При помощи этих траекторий получены зависимости изменения углов в суставах человека от времени, а также их первые и вторые производные. С использованием тензоплатформ найдены силы реакции опоры, приложенные к стопам человека, и координаты точки приложения этих сил. Путём решения обратной задачи динамики найдены моменты, развиваемые в суставах человека, и затрачиваемые на создание моментов мощности. Они могут быть использованы при выборе приводов в суставах «медицинского» экзоскелета. Межзвенные углы, полученные в результате эксперимента, могут быть использованы в качестве отслеживаемых программных траекторий для организации движения медицинского экзоскелета, надетого на инвалида, больного параплегией. Возникающие при рассмотрении обратной задачи динамики переопределённые системы уравнений решаются с использованием метода наименьших квадратов. |
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".