Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системамиНИР

Control problems of robotics and biomechatronics systems

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа: Разработаны новые законы управления некоторыми мехатронными системами, в том числе, так называемым роботом-шаром. Разработана новая конструкция пассивного экзоскелетона. Применив теорию баллистических движений, удалось показать, что при использовании экзоскелетона человек затрачивает меньше энергии при переноске груза, нежели без его использования. Проведены исследования, направленные на восстановление возможности передвижения на ногах человека, у которого нарушены функции опорно-двигательного аппарата. На такого больного, например, инвалида-колясочника, можно надеть экзоскелетон, в суставах которого смонтированы электроприводы. Путем решения обратной задачи динамики найдены моменты, которые должны развивать такие приводы для того, чтобы организовать ходьбу больного. Разработана динамическая модель движения в сагиттальной плоскости для экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором, с учетом его опоры на жесткие невесомые костыли. В модели учитена также динамика электроприводов. Аналитически построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий движение тазобедренного и коленного шарниров в соответствии с желаемым режимом. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете, исследована точность управления. Разработана математическая модель человека, балансирующего на качелях типа пресс-папье. Модель представляет собой однозвенный маятник, шарнирно прикрепленный к качелям. Управлением является ограниченный по абсолютной величине момент, приложенный в "голеностопном" суставе. Построен закон управления, при котором область притяжения неустойчивого состояния равновесия маятника (человека) является максимально возможной.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа: Разработана новая конструкция мобильного робота - "робота-шара" и послана заявка на изобретение в Федеральную службу по интеллектуальной собственности (Роспатент). Исследовано поведение области достижимости автономной управляемой системы третьего порядка с изменением времени. Показано, что структура границы области зависит от разности между действительным собственным значением и действительной частью комплексно-сопряженных. C ростом времени граница области достижимости, будучи негладкой, в одних случаях «постепенно разглаживается», в других – остается такой же «негладкой». Опубликована статья в журнале "Прикладная математика и механика". На основе баллистических движений двуногого механизма со стопами получены оценки затрат энергии при переноске тяжелого груза человеком без экзоскелета и облаченным в экзоскелет. Показано, что затраты энергии человеком, облаченным в экзоскелет, меньше, нежели человеком без экзоскелета. Опубликована статья на английском языке в журнале с высоким импакт-фактором. Построена динамическая модель движения в сагиттальной плоскости экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором. Модель учитывает динамику электроприводов, помогающих процессу ходьбы. В случае одноопорной ходьбы построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий желаемое движение тазобедренного и коленного суставов. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете. Предполагается разработать новую конструкцию мобильного робота - «робота-шара». Предполагается проанализировать изменение с ростом времени структуры областей достижимости управляемых систем третьего порядка. Путем построения на основе баллистических движений ходьбы двуногого механизма со стопами предполагается показать теоретически, что при использовании экзоскелетона сокращается количество энергии, затрачиваемой человеком на переноску грузов. Предполагается разработать новые алгоритмы управления экзоскелетоном нижних конечностей с электроприводами.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа: В 2018-м году построена математическая модель продольного движения сферического "робота-шара" (Формальский А.М., Селюцкий Ю.Д.). При помощи этой модели найдено управление "троганием" робота с места, при использовании которого удается избежать возбуждения нежелательных колебаний шара на старте и в установившемся режиме. В 2017-2018 гг. разработан новый мобильный робот-тележка и послана заявка на изобретение в Федеральную службу по интеллектуальной собственности (Роспатент) (Симоненко М.М., Сыроватский Д.А., ФормальскийА.М., Утешев А.В.). Получено положительное решение на посланную в 2017 г. в Роспатент заявку на новую конструкцию "робота-шара". В 2018 г. изучена структура областей достижимости при ограниченном по импульсу управляющем воздействии (Бугров Д.И., Формальский А.М.). В трехмерном пространстве построены области достижимости для некоторых конкретных систем. Граница этих областей содержит угловые точки, ребра и плоские участки, т.е. не является гладкой. В 2016-17 гг. исследовано поведение области достижимости автономной управляемой системы третьего порядка с изменением времени (Бугров Д.И., Формальский А.М.). Показано, что структура границы области зависит от разности между действительным собственным значением и действительной частью комплексно-сопряженных. C ростом времени граница области достижимости, будучи негладкой, в одних случаях «постепенно разглаживается», в других – остается такой же «негладкой». Опубликована статья в журнале "Прикладная математика и механика". В 2016-18 гг. показано теоретически, что человек, облаченный в экзоскелетон, затрачивает меньше энергии при переноске грузов, нежели человек, не использующий экзоскелетон. Исследования построены на основе теории баллистических движений антропоморфного механизма со стопами (Aoustin Y., Формальский А.М.). В 2016 г. разработана новая конструкция пассивного экзоскелетона. В 2016-17 гг. построена динамическая модель движения в сагиттальной плоскости экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором. Модель учитывает динамику электроприводов, помогающих процессу ходьбы. В случае одноопорной ходьбы построен закон управления экзоскелетом, обеспечивающий желаемое движение тазобедренного и коленного суставов. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете (Лавровский Э.К., Письменная Е.В.).
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Проблемы управления робототехническими и биомехатронными системами
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

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".