АннотацияКлючевые слова Введение. Один из основных этапов создания робототехнических систем состоит в проведении математического моделирования их динамики. На сего-дняшний день предложено множество методов для решения этой задачи. Мето-дам математического описания кинематики и динамики исполнительных меха-низмов (ИМ) роботов посвящены публикации [1,2]. По результатам обзора [3], следует, что в РФ имеется значительное отставание в этой области исследова-нии.Разработки в робототехнических системах включает в себя большое число подзадач из различных сфер науки и техники [4]. Робот может быть на колесной платформе, гусеничным, шагающим или летающим. Он может иметь различные манипуляторы для взаимодействия с внешним миром и множество сенсоров, данные с которых необходимо принять и обработать. Без знаний кинематики, динамики, электроники, машинного зрения, навигации и других узкоспециали-зированных дисциплин невозможно создать робототехническую систему, отве-чающую современным требованиям. Оптимальным подходом к построению математической модели динамики ИМ экзоскелета является использование мо-дифицированной систем координат (СК) Денавита-Хартенберга и принципа Д'Аламбера, которые позволяют определить его движение с учетом приложен-ных внешних сил и моментов, а также сил и моментов от наложенных внешних кинематических связей и вычислить возникающие при этом силы и моменты реакций этих связей.Параметры Денавита-Хартенберга. Кинематическая схема экзоскелета и его 3D-модель [3, 5, 6] представлены на рис. 1.
Предложена кинематическая схема древовидного исполнительного механизма активного экзоскелета. Рассмотрены математические модели кинематики и динамики его исполнительного механизма. Представлены значения модифицированных параметров Денавита-Хартенберга, матрицы достижимости звеньев исполнительного механизма и вектора Z, характеризующего пространственное расположение осей вращения кинематических пар Экзоскелет, синтез кинематической структуры, модифицированная система координат Денавита-Хартенберга, матрица достижимости, уравнение динамики исполнительного механизма экзоскелета
Introduction. The development of robotics in many advanced countries has raised various industries to a high level. The demand for robots increases the share of their use in production tasks, mainly in the motor-vehicle and electronics industries. Advanced robotics can increase productivity in many industries by 30%, while reducing labor costs. Automation of technological processes of electronics production has a positive impact on the use of robots. Robots are used in construction, logistics, oil and gas, aerospace, plant engineering and construction, mining, healthcare, etc. The authors consider robots from the point of view of their application in medicine for the rehabilitation of musculoskeletal patients. This paper describes the mechanisms for controlling the feet and the center of mass of a humanoid robot.Materials and Methods. The authors chose the simplest algorithm for searching for the law of motion control of a humanoid robot. The robot movement was presented as a reverse pendulum. Using the large kinematic redundancy of walking robots, we have developed a way to control the robot in such a way as to bring the dynamics of its movement to the reverse pendulum as close as possible. At the same time, the problem of determining the generalized coordinates is considered, at which a given position and orientation of the transferred foot and a given position of the projection of the center of mass (CM) of the robot onto the reference surface are provided.Results. The authors have developed a digitalized automatic control scheme for the movement of the feet and the center of mass of the human exoskeleton, which will largely reduce the load on a sick person.Discussion and Conclusions. When discussing the results, comparing the data of the tables obtained during the calculation, the following conclusion was made. The scheme for controlling the feet movement of a human exoskeleton developed by the authors is most effective when designing an automatic scheme for controlling the movement of the feet and the center of mass of a human exoskeleton using digital technology, which will largely reduce the load on a sick person.
A person has more than 300 degrees of mobility, but it is practically impossible to recreate such a kinematic scheme. In this article, a kinematic scheme of the exoskeleton is proposed that is most necessary for human movement. A 3D model of the exoskeleton actuating unit with an electrohydraulic drive has been developed in the CAD system and the values of masses, coordinates of mass centers, inertia tensors of the links of the exoskeleton actuating unit have been calculated. A launch file has been developed in the MATLAB environment for modeling the dynamics of the exoskeleton actuating unit. The control laws in the degrees of mobility of the actuating unit of the exoskeleton are selected. As a result of the theoretical study, the ranges of changes in the generalized coordinates for the joints under study are determined. The dependences of the power and the moment in the joints 9, 10 on time are obtained. The conducted studies have shown that lifting the leg will require more energy and this makes it necessary to develop power plants, explore various types of drives and ways to control them energy-efficiently. The obtained data can serve in the development of a medical exoskeleton.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.