Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА АКТИВНОГО МОДУЛЯ ЭКЗОСКЕЛЕТНОГО УСТРОЙСТВА ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА С БИОУПРАВЛЕНИЕМ
Автор И.Л. Ермолов, М.М. Князьков, А.Н. Суханов, А.А. Крюкова
Рубрика РАЗДЕЛ VI. МЕДИЦИНСКАЯ РОБОТОТЕХНИКА
Месяц, год 10, 2015
Индекс УДК 004.5, 531.8
DOI
Аннотация Проводились исследования человеко-машинного интерфейса при использовании устройства управления верхних конечностей человека. Были выявлены причинно-следственные связи между применением электромиографии для регистрации активности мышечных групп и расширением функциональных возможностей человека при управлении экзоскелетным устройством. Применение датчиков биопотенциала для управления экзоскелетным устройством приводит к упрощению интерфейса между оператором и экзоскелетом и позволяет использовать неинвазивную технологию получения данных, что позволяет учитывать физиологические особенности оператора. Неинвазивная технология получения данных о биопотенциале мышечных групп человека позволяет определить изменение сигнала управления до наступления момента полного сокращения мышцы, что имеет существенное преимущество перед управлением, основанным на силовом воздействии на управляющие элементы конструкции экзоскелета. Разработан программно-аппаратный комплекс для сопряжения аппаратуры для регистрации отведённого потенциала мышечных групп оператора с робототехнической частью разработанной системы, предложены алгоритмы выделения полезного сигнала при регистрации ЭМГ. Проведённые экспериментальные исследования помогли выявить необходимые величины значений нормированного сигнала отведённого потенциала действия для формирования управляющего воздействия на исполнительную систему экзоскелета руки. В работе была показана эффективность использования предложенных алгоритмов управления над традиционным подходом к управлению движением экзоскелетных систем в скорости формирования управляющего воздействия на исполнительные элементы экзоскелетной системы. Результаты проведённых экспериментальных исследований показывают перспективность разработанного метода управления для мехатронного привода локтевого модуля экзоскелетного устройства в условиях внешнего силомоментного воздействия. Данные, полученные в результате моделирования и экспериментальных исследований, могут быть использованы в дальнейшем при проектировании экзоскелетных систем для верхних и нижних конечностей человека.

Скачать в PDF

Ключевые слова Экзоскелет; человеко-машинная система; человеко-машинный интерфейс; электро- миография; неинвазивные сенсорные системы; многозвенные мехатронные системы.
Библиографический список 1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 752 с. – ISBN: 5-93913-035-6.
2. Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами. – М.: Изд-во: МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 480 c.
3. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 2006. – 256 с.
4. Конспект лекций курса “Электромеханические и мехатронные системы” профессора Илюхина Ю.В. за 2010/2012 год.
5. Платонов А.К., Павловский В.Е., Сербенюк Н.С., Гришин А.А., Герасименко Ю.П., Мошонкина Т.Р. Биомехатроника лечебно-исследовательского тренаж ра-кровати. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2012, 016.
6. Аведиков Г.Е., Жмакин С.И., Ибрагимов В.С., Иванов А.В., Кобрин А.И., Комаров П.А., Костенко А.А., Кузнецов А.С., Кузмичев А.В., Лавровский Э.К., Мартыненко Ю.Г., Митрофанов И.Е., Письменная Е.В., Формальский А.М. Экзоскелет: конструкция, управление // XII Всероссийское совещание по проблемам управления, ВСПУ-2014, Москва 16-19 июня 2014 г.
7. Яцун С.М., Яцун А.С., Турлапов Р.Н. Разработка и исследование реабилитационного устройства для механотерапии нижних конечностей // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12. – C. 1909-1911.
8. Гурфинкель В.С. Биоэлектрическое управление. – М., 2012. – 248 с.
9. Зациорский В.М. Биодинамика мышц // В кн.: Д.Д. Донской, В.М. Зациорский «Биомеханика»: Учебник для ин-тов физ. культуры. – М.: Физкультура и спорт, 1979. – С. 45-51.
10. Беритов И.С. Общая физиология мышечной и нервной системы. – 3-e изд. Т. 1. – М., 1959.
11. Ефременко О.А. Потенциометрический анализ. – М.: ММА им. И.М. Сеченова, 1998.
12. Okubo A., Kiyama T., Osuka K., Shirogauchi G., Oya R., Fujimoto H. A dynamic model of power-assistive machinery with high strength-amplification // Proceedings of SICE Annual Conference 2010. August 18-21, 2010. The Grand Hotel, Taipei, Taiwan. – P. 2026-2029. Print ISBN 978-1-4244-7642-8.
13. Kazerooni H. The human power amplifier technology at the University of California Berkeley // J. Robot. Auton. Syst. – 1996. – No. 19. – P. 179-187.
14. Vukobratovič M., Borovač B., Surla D., Stokič D. Scientific Fundamentals of Robotics, Biped Locomotion: Dynamics, Stability, Control and Application, Springer-Verlag, 1989. – Vol. 7.
15. Rosen J., Arcan M. Performances of hill-type and neural network muscle models: Towards a myosignal based exoskeleton // Comput Biomed Res. – 1999. – Vol. 32. – P. 415-439.
16. Hill A.V. First and last experiments in muscle mechanics. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1970.
17. Kirsh R.F. EMG-based motion intention detection for control of a shoulder neuroprosthesis // IEEE International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society. – 1997. – Vol. 5. – P. 1944-1945.
18. Mathiassen S.E, Winkel J, Hдgg G.M. Normalization of surface EMG amplitude from the upper trapezius muscle in ergonomic studies – a review // J Electromyography Kinesiol 5. – 1995. – P. 197-226.
19. Градецкий В.Г., Ермолов И.Л., Князьков М.М., Семёнов Е.А., Суханов А.Н. Применение разгрузочных элементов в конструкции робота-экзоскелета // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2012. – № 11. – C. 20-23. ISSN 1684-6427.
20. Градецкий В.Г., Ермолов И.Л., Князьков М.М., Семёнов Е.А., Суханов А.Н. Кинематическая модель экзоскелета руки человека и определение ошибки позиционирования // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2014. – № 5. – С. 37-41. ISSN 1684-6427.

Comments are closed.