Блинов Александр Олегович – ассистент, кафедра «Технологические машины и оборудование»
г. Смоленск
Alexander O. Blinov
Smolensk
Борисов Андрей Валерьевич – д-р физ.-мат. наук, доцент, кафедра «Технологические машины и оборудование»
г. Смоленск
Andrey V. Borisov
Smolensk
Кончина Лариса Владимировна – канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра «Технологические машины и оборудование»
г. Смоленск
Larisa V. Konchina
Smolensk
Куликова Марина Геннадьевна – канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технологические машины и оборудование»
г. Смоленск
Marina G. Kulikova
Smolensk
Маслова Ксения Сергеевна – студентка
г. Смоленск
Ksenia S. Maslova
Smolensk
На основе произведенного статистического анализа публикаций и патентов, расположенных в базе РИНЦ, по ключевым словам, «экзоскелет», «антропоморфный робот», «бионический протез» установлен интерес к теме исследования, выраженный в значительном росте публикаций в последние годы. Выявлено, что большинство моделей используют абсолютно твердые звенья в виде стержней. ЦЕЛЬ. Выявление и исследование проблем, возникающих при моделировании робототехнических систем антропоморфного типа. МЕТОДЫ. Использованы методы математического моделирования, анализа, сравнения с биологическим прототипом, робототехники, теоретической механики, электромеханики. РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассмотрена проблема точности моделирования стержневыми робототехническими системами с абсолютно твердыми звеньями, звена опорно-двигательного аппарата человека. Вычислена относительная погрешность точности аппроксимации стержнями конечности человека, сделан вывод о существенной погрешности при моделировании звеньев. Рассмотрена проблема оценки влияния вращающегося ротора электродвигателя на модель механизма. Далее рассматривается модель с учетом вращающегося ротора и редуктора. Установлено, что при моделировании стержнями антропоморфных механизмов, возникает проблема необходимости учета динамики приводов. Предложена электромеханическая модель звена с двигателем постоянного тока. Установлен значительный рост затрат энергии при движении звена, в сравнении с моделью идеального шарнира, в котором создается требуемый управляющий момент, что представляет проблему. Предлагается частичное решение выявленных проблем с помощью модели звена переменной длины, содержащего три участка.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Исследование позволило выявить проблемы, возникающие при моделировании опорно-двигательного аппарата человека стержневыми робототехническими электромеханическими системами с абсолютно твердыми звеньями.
Based on the statistical analysis of publications and patents located in the RSCI database for the keywords «exoskeleton», «anthropomorphic robot», «bionic prosthesis», interest in the research topic has been established, expressed in a significant increase in publications in recent years. It was revealed that most of the models use absolutely solid links in the form of rods.GOAL. Identification and study of problems arising in the modeling of anthropomorphic robotic systems. METHODS. Methods of mathematical modeling, analysis, comparison with a biological prototype, robotics, theoretical mechanics, electromechanics were used. RESULTS. The problem of accuracy of modeling by rod robotic systems with absolutely rigid links, a link of the human musculoskeletal system, is considered. The relative error of the accuracy of approximation by rods of a human limb is calculated, a conclusion is made about a significant error in the modeling of links. The problem of evaluating the influence of a rotating rotor of an electric motor on a mechanism model is considered. Next, the model is considered taking into account the rotating rotor and gearbox. It has been established that when modeling anthropomorphic mechanisms with rods, the problem arises of the need to take into account the dynamics of drives. An electromechanical model of a link with a DC motor is proposed. A significant increase in energy costs during the movement of the link has been established, in comparison with the model of an ideal hinge, in which the required control moment is created, which is a problem. A partial solution of the identified problems is proposed using the model of a variable length link containing three sections. CONCLUSION. The study made it possible to identify problems that arise when modeling the human musculoskeletal system with rod robotic electromechanical systems with absolutely solid links.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.