ИСТИНА

Построение математической модели ходьбы человека на костылях. Результаты работы (траектории движения человека на костылях, развиваемые в суставах моменты) предполагается использовать при конструировании медицинского экзоскелета. Разработать новые алгоритмы управления двуногим шагающим механизмом. Полученные результаты могут быть использованы при разработке экзоскелетонов, как медицинских, рассчитанных на помощь людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата, так и «вспомогательных», рассчитанных на помощь здоровым людям при переноске больших тяжестей. Построение математической модели человека, стоящего на подвижной опоре в виде пресс-папье. Сравнение результатов математического моделирования с экспериментами.

Проведено изучение ходьбы человека с костылями. В качестве математической модели принят плоский механизм, включающий в себя пять весомых звеньев (туловище, две голени, и два бедра), прикрепленные к нему невесомые стопы, и невесомые костыли. Под костылем подразумевается костыль вместе с держащей его рукой. Звенья механизма, а также костыль считаются абсолютно твердыми телами. С помощью системы регистрации движений записаны траектории движения здорового человека и костылей. При помощи этих траекторий получены зависимости изменения углов в суставах человека от времени, а также их первые и вторые производные. С использованием тензоплатформ найдены силы реакции опоры, приложенные к стопам человека, и координаты точки приложения этих сил. Путём решения обратной задачи динамики найдены моменты, развиваемые в суставах человека, и затрачиваемые на создание моментов мощности. Они могут быть использованы при выборе приводов в суставах «медицинского» экзоскелета. Межзвенные углы, полученные в результате эксперимента, могут быть использованы в качестве отслеживаемых программных траекторий для организации движения медицинского экзоскелета, надетого на инвалида, больного параплегией. Возникающие при рассмотрении обратной задачи динамики переопределённые системы уравнений решаются с использованием метода наименьших квадратов. При исследовании регуляции позы человека распространены тесты, связанные с удержанием человеком равновесия на подвижной опоре в виде пресс-папье (на качелях сисо). В работе рассмотрена простейшая «маятниковая» модель человека, стоящего на сисо. Управлением является момент в оси вращения перевернутого маятника – в голеностопном суставе. Управление строится в виде обратной связи по единственной неустойчивой координате разомкнутой системы. Оно максимизирует область притяжения линейной системы, при наличии ограничения на абсолютную величину управляющего момента. Полученные теоретически границы области притяжения для построенного управления сравниваются с амплитудами колебаний человека, стоящего на сисо.