Блинов Александр Олегович – ассистент, кафедры «Технологические машины и оборудование», филиала
Alexander O. Blinov
Борисов Андрей Валерьевич – доктор физико-математических наук, доцент, кафедры «Технологические машины и оборудование»
Andrey V. Borisov
Кончина Лариса Владимировна – кандидат физико-математических наук, доцент, кафедры «Технологические машины и оборудование»
Larisa V. Konchina
Маслова Ксения Сергеевна – студентка
Ksenia S. Maslova
В настоящее время направление, связанное с разработкой экзоскелетов и антропоморфных роботов, испытывает бурный рост в связи с увеличением вычислительных мощностей микропроцессоров и прорывным развитием теории управления сложными системами, в том числе электромеханическими, моделирующими биомеханику опорно-двигательного аппарата человека. В данной работе представлена управляемая мехатронная робототехническая модель опорной ноги антропоморфного робота или экзоскелета с двумя подвижными звеньями.
ЦЕЛЬ. Математическое моделирование динамики опорной ноги экзоскелета или антропоморфного механизма в виде двух подвижных звеньев.
МЕТОДЫ. Основное отличие представленной в данном исследовании модели от созданных ранее заключается в использовании углов, отсчитываемых между звеньями, соответствующих случаю реальной работы электроприводов. Для достижения цели работы применены методы робототехники, математического моделирования, мехатроники, теоретической механики, исследования систем обыкновенных дифференциальных уравнений, теории управления, эмпирические данные для опорно-двигательного аппарата человека.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Для модели механизма записана система уравнений Лагранжа второго рода, решены прямая и обратная задачи динамики при заданном программном управлении движением мехатронной робототехнической системы. Результаты представлены графически и в виде анимационной визуализации движения звеньев. Проведены расчеты как без учета динамики электроприводов, так и с учетом вращения роторов электродвигателей. Установлено, что влияние динамики ротора электродвигателя на механизм является существенным.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанные методы задания программного движения опорной ноги экзоскелета или антропоморфного робота позволили решить прямую и обратную задачи динамики и установить необходимость учета вращающегося ротора электродвигателя.
Currently, the direction associated with the development of exoskeletons and anthropomorphic robots is experiencing rapid growth due to the increase in the computing power of microprocessors and the breakthrough development of the theory of control of complex systems, including electromechanical systems that simulate the biomechanics of the human musculoskeletal system. This paper presents a controlled mechatronic robotic model of the support leg of an anthropomorphic robot or exoskeleton with two moving links.
GOAL. Mathematical modeling of the dynamics of the supporting leg of an exoskeleton or an anthropomorphic mechanism in the form of two moving links.
METHODS. The main difference between the model presented in this study and those created earlier is the use of angles counted between links corresponding to the case of real operation of electric drives. To achieve the goal of the work, the methods of robotics, mathematical modeling, mechatronics, theoretical mechanics, the study of systems of ordinary differential equations, control theory, empirical data for the human musculoskeletal system were applied.
RESULTS. For the model of the mechanism, a system of Lagrange equations of the second kind is written, direct and inverse problems of dynamics are solved for a given program control of the motion of a mechatronic robotic system. The results are presented graphically and as an animated visualization of the movement of the links. Calculations were carried out both without taking into account the dynamics of electric drives, and taking into account the rotation of the rotors of electric motors. It has been established that the influence of the dynamics of the rotor of the electric motor on the mechanism is significant.
CONCLUSION. The developed methods for setting the program movement of the supporting leg of an exoskeleton or an anthropomorphic robot made it possible to solve direct and inverse problems of dynamics and establish the need to take into account the rotating rotor of an electric motor.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.